KOROSI BAJA KARBON DALAM LINGKUNGAN AIR SADAH TESIS. TETY SUDIARTI NIM : Program Studi Kimia

Transkripsi

1 KOROSI BAJA KARBON DALAM LINGKUNGAN AIR SADAH TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh TETY SUDIARTI NIM : Program Studi Kimia INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008 i

2 KOROSI BAJA KARBON DALAM LINGKUNGAN AIR SADAH Oleh TETY. SUDIARTI NIM : Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tanggal Juni 2008 Dosen Pembimbing Dr.Bunbun Bundjali,M.S NIP ii

3 Manusia itu hakekatnya mati, kecuali yang menuntut ilmu. Yang menuntut ilmu-pun hakekatnya tidur, kecuali yang mengamalkan ilmunya. Yang mengamalkan ilmunyapun hakekatnya merugi, kecuali orang yang ikhlas (Imam Al-Ghozali ) Teruntuk yang tercinta Orang tua, suami dan anak-anakku (Mamah, Bapak, Mahpudin, Putri dan Nanda) iii

4 ABSTRAK KOROSI BAJA KARBON DALAM LINGKUNGAN AIR SADAH Oleh TETY. SUDIARTI NIM : Air untuk keperluan heating dan/atau cooling system di berbagai industri banyak yang bersifat sebagai air sadah, dan dialirkan melalui pipa yang terbuat dari baja karbon. Sifat korosif air sadah, dipengaruhi oleh suhu, dan perbandingan ion-ion yang bersifat agresif yaitu ion Cl -, dan ion SO 2-4 terhadap ion-ion yang bersifat inhibitif, yaitu ion CO 2-3, HCO - 3 dan Ca 2+. Pada pekerjaan ini diteliti pengaruh suhu, konsentrasi Cl - 2- dan konsentrasi SO 4 terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah pada ph 9,7 serta efektifitas inhibitor tiourea dan simetidin sebagai inhibitor korosi dalam lingkungan tersebut. Sebagai contoh air sadah diambil dari salah satu industri tekstil di Bandung. Tiourea digunakan sebagai inhibitor korosi karena memiliki kinerja yang baik dalam menghambat korosi baja karbon pada suasana basa dan simetidin karena memiliki struktur imidazol yang juga diharapkan memiliki daya inhibisi yang baik dalam lingkungan tersebut. Pengukuran laju korosi dan efisiensi inhibisi dilakukan dengan metoda ekstrapolasi Tafel dan pengamatan secara fisik dengan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa laju korosi terus meningkat dengan naiknya suhu dari 25ºC sampai 55ºC, sedangkan peningkatan konsentrasi ion klorida maupun ion sulfat menghasilkan laju korosi maksimum pada konsentrasi 42,5 ppm untuk ion klorida dan 5 ppm untuk ion sulfat. Kondisi paling korosif terhadap baja karbon pada percobaan ini adalah air sadah yang mengandung ion klorida 42,5 ppm pada suhu 55 ºC. Efisiensi inhibisi 40 ppm tiourea dan 50 ppm simetidin terhadap korosi baja karbon dalam lingkungan air sadah paling korosif pada percobaan ini berturut-turut adalah 82,6 % dan 72,6 %. Konsentrasi inhibitor dengan daya inhibisi optimal ini sesuai dengan konsentrasi kritis misel untuk kedua inhibitor tersebut yang ditentukan dengan pengukuran tegangan permukaan. Kata kunci : tiourea, simetidin, ekstrapolasi Tafel, SEM i

5 ABSTRACT CORROSION OF CARBON STEEL IN HARD WATER MEDIUM by TETY SUDIARTI NIM : Most of water for cooling and/or heating system needs in various industries is hard water and it is flown through pipes made of carbon steel. The corrosiveness of hard water depends on the ratio of the concentration of aggressive ions such as Cl - and SO 2-4 to inhibitive ions such as HCO - 2-3, CO 3 and Ca 2+. This research investigated the influence of temperature, Cl - 2- and SO 4 concentration to corrosion rate of carbon steel in hard water at ph of 9.7 and the effectiveness of inhibitors of thiourea and cimetidine as corrosion inhibitors in this medium. The example of hard water is taken from one of textile factories in Bandung. Thiourea is used as corrosion inhibitor since it is the efficient inhibitor on alkaline medium and cimetidine because it has imidazol structure which is also expected has good efficiency in this medium.the Measurement of corrosion rate and inhibition efficiency are done by extrapolation method of Tafel and physical perception by using Scanning Electron Microscopy (SEM).The Result of this research indicated that the corrosion rate keep increasing as the increasing of temperature from 25ºC until 55ºC, while both the increasing of chloride ion concentration and sulphate ion showed maximum corrosion rate at concentration at 42.5 ppm for the chloride ion and at 5 ppm for the sulphate ion.the most corrosive condition of carbon steel on this research is the hard water that contained of chloride ion 42.5 ppm at the temperature of 55ºC. The inhibition efficiency 40 ppm of thiourea and 50 ppm of cimetidine to corrosion of carbon steel in the most corrosive condition of hard water in this research are 82.6 % and 72.6 %. The Concentration of inhibitor with this optimal efficiency is as much as critical micellar concentration to both the inhibitors which are determined by the measurement of surface tension. Keyword : thiourea, cimetidine, extrapolation method of Tafel, SEM ii

6 PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HAKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutifan dan peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh isi tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana Institut Teknologi Bandung. iii

7 UCAPAN TERIMA KASIH Bismillaahirrahmannirrahiim. Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT, sebab hanya berkat izin, taufik serta hidayat-nya sajalah penulisan tesis ini dapat diselesaikan. Salawat dan salam mudah-mudahan Allah SWT senantiasa limpahkan kepada Nabi Muhammad SAW beserta pengikutnya sampai akhir zaman. Amien. Tesis ini terselesaikan hakekatnya berkat pertolongan Allah SWT, sedangkan syareatnya melalui usaha yang sungguh-sungguh yang disertai dengan bantuan berbagai pihak baik moril maupun materiil. Oleh karena itu, dengan rasa syukur saya menyampaikan ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada : 1. Dr. Bunbun Bundjali, MS., yang telah membimbing saya dengan penuh kesabaran, memberikan banyak bantuan dan masukan selama penelitian hingga akhir penulisan tesis ini. 2. Dr. Dessy Natalia, sebagai ketua Program Studi Magister Kimia, yang telah memberikan bantuan dan kelancaran selama saya melakukan penelitian hingga akhir studi. 3. Institut Teknologi Bandung dan pihak yang terkait atas bantuan beasiswa voucher yang telah diterima sehingga dapat menyelesaikan pendidikan magister ini. 4. Semua staf pengajar di Prodi Kimia Institut Teknologi Bandung yang telah memberikan bekal ilmu pengetahuan selama menjalani studi. 5. Drs. H. Rahmat Hidayat dan Drs. Engkun Kurnia yang telah memberikan izin belajar, serta rekan-rekan pengajar di SMAN I Cipatat atas bantuan dan pengertiannya selama saya menjalani studi. 6. Rekan-rekan magister 2006, Eka, Cepi, Evi, Baiq Fara, Mourizt, Alif, Mas Wid, Yuli, Lorenz, Ganis, Alaudin, Erfan, Tunjung, Tina, Rina, Neneng, Muhtar atas bantuan dan kerjasamanya. 7. Rekan-rekan program doktor, Pak Yayan, Pak Maskuri, Pak Dani, Pak Bambang Piluharto, Pak Hadi, Pak Siang dan Pak Pirim atas bantuan dan kerja samanya. iv

8 8. Rekan-rekan magister pengajaran Depag 2006 atas bantuan dan kerjasamanya. 9. Bu Entin, Pak Mudi, Pak Dudung, Pak Wahyo atas semua bantuan dan kerjasamanya sehingga saya dapat menyelesaikan penelitian ini. 10. Pak Win, Mas Budi dan Mas Yadi atas bantuan dan kerjasamanya. 11. Rekan-rekan di LKFM, atas semua bantuan dan kerjasamanya. 12. Orang tua, suami, dan anak-anakku, atas semua dukungan dan pengertiannya. 13. Serta semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Atas semua kebaikan yang diterima, saya tak dapat membalasnya kecuali mohon doa kepada Allah SWT semoga semuanya mendapat balasan berlipat ganda. Amien. Tak ada gading yang tak retak, saya menyadari tesis ini masih jauh dari sempurna, namun saya berharap penulisan tesis ini merupakan titik awal bagi saya dalam mengembangkan wawasan di jalur kimia murni. Dan semoga tesis ini bermanfaat bagi pembaca. Bandung, Juni 2008 Penulis v

9 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK...i ABSTRACT...ii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS... iii UCAPAN TERIMA KASIH...iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR LAMPIRAN...v iii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL...x iv BAB I Pendahuluan...1 I.1 Latar Belakang penelitian...1 I.2 Metode, Hipotesis, dan Ruang Lingkup Penelitian... 2 I.3 Tujuan Penelitian... 3 BAB II Tinjauan Pustaka... 4 II.1 Pengertian Korosi II.2 Karakteristik Jenis Korosi...4 II.3 Korosi Besi di Lingkungan Air... 5 II.3.1 Pengaruh ph...5 II.3.2 Pengaruh Garam-garam Terlarut..6 II.3.3 Gas-gas yang Terlarut...6 II.4 Diagram Potensial ph...7 II.5 Persamaan Tafel II.6 Inhibitor Korosi II.7 Adsorpsi Inhibitor pada Permukaan Logam...10 II.8 Perilaku Inhibitor dalam Larutan Basa II.9 Inhibitor Korosi Tiourea...12 II.10 Inhibitor Korosi Simetidin BAB III Metodologi Penelitian III.1 Metode Penelitian III.2 Bahan dan Larutan Uji vi

10 III.3 Penentuan Laju Korosi dan Inhibisi dengan Metode Ekstrapolasi Tafel...16 III.3.1 Pengaruh Konsentrasi Ion klorida dan Ion Sulfat III.3.2 Pengaruh Konsentrasi Inhibitor III.3.3 Pengaruh Suhu III.4 Analisis Permukaan dengan SEM III.5 Pengukuran Tegangan Permukaan BAB. IV Hasil dan Pembahasan...20 IV.1 Analisis Hasil Pengujian Metalografi dan Spektrometri Sampel Baja Karbon IV.2 Analisis Hasil Pengukuran Elektrokimia dengan Metode Ekstrapolasi Tafel 20 IV.2.1 Pengaruh Konsentrasi Ion Klorida dan Ion Sulfat terhadap Laju Korosi pada Suhu 25 ºC...21 IV.2.2 Pengaruh Suhu terhadap Laju Korosi...24 IV.2.3 Jenis Inhibitor IV.2.4 Pengaruh Konsentrasi Inhibitor terhadap Efektifitas Inhibitor pada Suhu 25 ºC. 27 IV.2.5 Pengaruh Suhu terhadap Efektifitas Inhibitor..32 IV.2.6 Parameter Aktivasi. 33 IV.2.7 Isoterm Adsorpsi Langmuir.39 IV.2.8 Pengukuran Tegangan Permukaan...43 IV.2.9 Analisis Permukaan dengan SEM BAB. V Kesimpulan...47 DAFTAR PUSTAKA vii

11 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A.1 Uji metalografi dan spektrometri sampel baja karbon Lampiran A.2 Pengaruh konsentrasi ion klorida terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida pada suhu 25 ºC 51 Lampiran A.3 Pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC...52 Lampiran A.4 Pengaruh konsentrasi ion sulfat terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan di lingkungan ion sulfat pada suhu 25 ºC. 52 Lampiran A.5 Pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC...52 Lampiran A.6 Hasil analisis kimia air sadah di industri tekstil tahun Lampiran A.7 Pengaruh konsentrasi ion klorida terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil pada suhu 25 ºC.53 Lampiran A.8 Pengaruh konsentrasi ion sulfat terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil pada suhu 25 ºC..54 Lampiran A.9 Pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida...54 Lampiran B.1 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida dan efektifitasnya pada suhu 25 ºC...55 Lampiran B.2 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida...55 Lampiran B.3 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat dan efektifitasnya pada suhu 25 ºC.56 Lampiran B.4 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat..56 viii

12 Lampiran B.5 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida dan efektifitasnya pada suhu 25 ºC...57 Lampiran B.6 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida...57 Lampiran B.7 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC.. 58 Lampiran B.8 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC Lampiran B.9 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC..59 ix

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar II.1 Diagram Pourbaix sederhana untuk besi pada suhu 25 ºC 8 Gambar II.2 Aluran kurva Tafel Gambar II.3 Struktur tiourea Gambar II.4 Struktur simetidin Gambar III.1 Skema alur penelitian.. 15 Gambar III.2 Susunan sel elektrokimia tiga elektroda untuk pengukuran elektrokimia Gambar IV.1 Pengaruh konsentrasi ion klorida terhadap laju korosi baja karbon pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan Gambar IV.2 Pengaruh konsentrasi anion klorida terhadap laju korosi pada suhu 25 ºC dalam air sadah di industri tekstil 21 Gambar IV.3 Pengaruh konsentrasi anion sulfat terhadap laju korosi pada suhu 25 0 C dalam air sadah tiruan Gambar IV.4 Pengaruh konsentrasi ion sulfat terhadap laju korosi baja karbon pada suhu 25 ºC dalam air sadah di industri tekstil...22 Gambar IV.5 Pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida...24 Gambar IV.6 Pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat 24 Gambar IV.7 Pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida...25 Gambar IV.8 Aluran Tafel sebelum dan sesudah penambahan inhibitor dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC Gambar IV.9 Aluran Tafel sebelum dan sesudah penambahan inhibitor dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC.26 Gambar IV.10 Aluran Tafel sebelum dan sesudah penambahan inhibitor dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion x

14 klorida pada suhu 25 ºC...27 Gambar IV.11 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju reaksi pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida. 28 Gambar IV.12 Pembandingan efektifitas inhibitor korosi pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida.28 Gambar IV. 13 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju reaksi pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat.29 Gambar IV.14 Pembandingan efektifitas inhibitor pada suhu 25ºC dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat 29 Gambar IV.15 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi ada suhu 25 ºC dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida.. 30 Gambar IV.16 Pembandingan efektifitas inhibitor pada suhu 25 ºC dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida...30 Gambar IV.17 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor korosi dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida. 32 Gambar IV.18 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor korosi dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat 33 Gambar IV.19 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor korosi dalam air sadah di industri tekstil yang mengandung 90 ppm ion klorida...33 Gambar IV.20 Aluran ln I corr terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida dengan dan tanpa inibitor.34 Gambar IV.21 Aluran ln (I corr /T) terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida dengan dan tanpa inhibitor...35 Gambar IV.22 Aluran ln I corr terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat dengan dan tanpa xi

15 inhibitor..36 Gambar IV.23 Aluran ln (I corr /T) terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat dengan dan tanpa inhibitor..36 Gambar IV.24 Aluran ln I corr terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida dengan dan tanpa inhibitor Gambar IV.25 Aluran ln (I corr /T) terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida dengan dan tanpa inhibitor Gambar IV.26 Model isoterm adsorpsi Langmuir untuk tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC 40 Gambar IV.27 Model isoterm adsorpsi Langmuir untuk tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC 41 Gambar IV.28 Model isoterm adsorpsi Langmuir untuk tiourea dan simetidin dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC...42 Gambar IV.29 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dan efisiensi inhibisi dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC...43 Gambar IV.30 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dan efisiensi inhibisi dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC...44 Gambar IV.31 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dan efisiensi inhibisi dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25º.C...44 Gambar IV.32 Penampang lintang kupon baja karbon sebelum dan sesudah 24 jam corrosion wheel test dengan dan tanpa inhibitor dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 55 ºC xii

16 Gambar IV.33 Penampang lintang kupon baja karbon sebelum dan sesudah 24 jam corrosion wheel test dengan dan tanpa inhibitor dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 55ºC.. 46 xiii

17 DAFTAR TABEL Halaman Tabel IV.1 Parameter aktivasi untuk korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 o C dengan dan tanpa inhibitor 35 Tabel IV.2 Parameter aktivasi untuk korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 o C dengan dan tanpa inhibitor..37 Tabel IV.3 Parameter aktivasi untuk korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25 o C dengan dan tanpa inhibitor...38 Tabel IV.4 Parameter termodinamika untuk adsorpsi tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 o C...41 Tabel IV.5 Parameter termodinamika untuk adsorpsi tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 o C 41 Tabel IV.6 Parameter termodinamika untuk adsorpsi tiourea dan simetidin dalam air sadah di industri tekstil yang mengandung 90 ppm ion klorida pada suhu 25 o C...42 xiv