PENGARUH SUHU, ION KLORIDA DAN ION SULFIDA PADA KOROSI Cu-37Zn DALAM MEDIUM NETRAL

Transkripsi

1 PENGARUH SUHU, ION KLORIDA DAN ION SULFIDA PADA KOROSI Cu-37Zn DALAM MEDIUM NETRAL TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh EKA JUNAIDI NIM : Program Studi Kimia INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 PENGARUH SUHU, ION KLORIDA DAN ION SULFIDA PADA KOROSI Cu-37Zn DALAM MEDIUM NETRAL Oleh Eka Junaidi Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung Menyetujui, Tanggal, Pembimbing Dr. Bunbun Bundjali, MS NIP

3 Dan Jangan Sekali-Kali Kamu Mengatakan Terhadap Sesuatu : Sesungguhnya Aku Akan Mengerjakan Itu Besok Pagi, Kecuali (Dengan Menyebut) : Insya Allah. Dan Ingatlah Kepada Tuhanmu Jika Kamu Lupa Dan Katakanlah, Mudah-Mudahan Tuhanku Akan Memberiku Petunjuk Kepada Yang Lebih Dekat Kebenarannya Daripada Ini. (Al-Kahfi 23-24) Tesis Ini Aku Persembahkan Untuk Almarhum Bapakku Maserah Dan Ibunda Tercinta Huriyah Bapak Hamdan Dan Emak Syamsidar Serta Untuk Dua Perempuan Yang Menemani Sepanjang Hidupku (Nely Damayanti Dan Alya Azzahra Najla) Kalian Adalah Inspirasi Dan Semangat Hidupku

4 ABSTRAK Pengaruh Suhu, Ion Klorida dan Ion Sulfida Pada Korosi Cu-37Zn dalam Medium Netral Oleh Eka Junaidi NIM : Runner turbin adalah salah satu komponen penting pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Komponen ini terbuat dari campuran logam Cu-37Zn yang dalam bekerjanya selalu berkontak dengan air sehingga berpeluang besar mengalami korosi. Kualitas air yang digunakan untuk menggerakkan runner sangat berperan dalam proses terjadinya korosi, terutama bila mengandung ionion agresif korosi seperti ion klorida dan ion sulfida dan akan dipercepat dengan adanya kenaikan suhu lingkungan. Upaya pencegahan korosi tersebut dapat dilakukan dengan penambahan inhibitor ke dalam lingkungan air. Pada pekerjaan ini diteliti laju korosi pada material runner turbin di lingkungan larutan tiruan paling korosif dengan mengacu pada kualitas air di PLTA Saguling dengan memvariasikan konsentrasi ion klorida, ion sulfida dan suhu. Inhibitor korosi yang dicoba adalah benzotriazol (BTAH) yang telah diketahui memiliki daya inhibisi yang baik terhadap korosi Cu-37Zn dan sistein (Cys) yang bersifat lebih ramah lingkungan. Penentuan laju korosi Cu-37Zn tanpa dan dengan adanya inhibitor korosi dilakukan secara elektrokimia dengan menggunakan teknik Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) dan pengamatan fisik permukaan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa lingkungan larutan tiruan paling korosif dengan mengacu kepada kualitas air di PLTA Saguling adalah dengan komposisi : 5,3 ppm Ca(NO 3 ) 2, 78 ppm NaCl dan ion sulfida sebesar 15 ppm. Efisiensi benzotriazol (80 ppm) dan sistein (25 ppm) pada suhu kamar berturut-turut sebesar 40,74% dan 68,16%. Dengan naiknya suhu larutan menjadi 55 C daya inhibisi korosi kedua inhibitor berkurang menjadi 21,20% untuk benzotriazol (80 ppm) dan 17,00% untuk sistein (25 ppm). Menurunnya daya inhibisi kedua inhibitor dengan naiknya suhu diduga karena kedua inhibitor teradsorpsi secara fisik pada permukaan logam Cu-37Zn dengan energi bebas adsorpsi (ΔG ads ) benzotriazol dan sistein berturut-turut adalah 18,53 dan 23,03 kj/mol. Kata kunci : Runner, Cu-37Zn, Benzotriazol, Sistein, EIS, SEM

5 ABSTRACT The Influence of Temperature, Chloride and Sulfide Ions on Corrosion of Cu-37Zn in Neutral Medium By Eka Junaidi NIM : Runner turbine is one of the important components at Hydro Electric Power Plan (HEPP). The component was made from alloy of Cu-37Zn and always contacts mechanically with water, therefore it was potentially corroded. The quality of the operating water has an important role on corrosion process, particularly when it contains aggressively corrosive ions such as chloride and sulfide ions and the corrosion rate would be accelerated by increasing temperature. An effort to prevent of the corrosion can be performed by mean of inhibitor corrosion addition into the operating water. We were studied the rate of corrosion of runner turbine material under various concentration of chloride, sulfide ion and temperature. An artificial solution was made by referring to sample water quality of HEPP Saguling. We also investigated benzotriazole and cysteine as inhibitor. The rates of corrosion Cu-37Zn in absence and presence of the corrosion inhibitor were determined by using Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) technique. Meanwhile by using Scanning Electron Microscopy (SEM) to observe surface morphology changed. The obtained results were indicated that the most corrosive environment was referred to water quality at HEPP Saguling with composition of 5.3 ppm Ca(NO 3 ) 2, 78 ppm NaCl and 15 ppm sulfide ion. The inhibitor efficiency of benzotriazole (80 ppm) and cysteine (25 ppm) at room temperature were 40.74% and 68.16% respectively. The increase of temperature from 25 C to 55 C was cause decreasing on inhibition efficiency of both inhibitor to 21.20% for benzotriazole (80 ppm) and 17.00% for cysteine (25 ppm). Since both inhibitors were physicaly adsorbed on Cu-37Zn with adsorption free energy (ΔG ads ) of benzotriazole and cysteine is kj/mol and kj/mol respectively. Keyword : Runner, Cu-37Zn, Benzotriazole, Cysteine, EIS, SEM

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 pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

7 UCAPAN TERIMA KASIH Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, atas limpahan rahmat, hidayat dan karunia-nya sehingga penulisan tesis ini dapat terselesaikan. Tesis ini disusun sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar Magister bidang ilmu kimia di Sekolah Pascasarjana Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung. Penulis banyak memperoleh petunjuk, bantuan, bimbingan, perhatian, dan dorongan dari berbagai pihak dalam penyusunan tesis ini. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesarbesarnya kepada : 1. Rektor Universitas Mataram atas kesempatan dan izin yang diberikan sehingga penulis dapat melanjutkan pendidikan di tingkat Magister. 2. Dirjen DIKTI selaku penyandang dana pendidikan (BPPs) bagi penulis. 3. Bapak Dr. Bunbun Bundjali, MS, Selaku dosen pembimbing, yang telah banyak meluangkan waktu dan kesabarannya dalam memberikan bimbingan, dorongan, bantuan dan petunjuk sampai tesis ini dapat terselesaikan. 4. Semua staf pengajar di Program studi Kimia Institut Teknologi Bandung yang telah memberikan ilmu pengetahuan selama menjalani studi. 5. Kepala dan Staf Laboratorium Kimia Fisik Material, Pak Mudi, Pak Dudung, Pak Wahyo, Bu Entin, Pak Win, Mas Budi dan Mas Yadi, yang telah memberikan kemudahan dan bantuan dalam pelaksanaan penelitian. 6. Bapakku Almarhum Maserah, Ibunda Huriyah, Bapak Hamdan, Emak Syamsidar, Nely Damayanti, Alya Azzahra Najla dan semua keluarga besarku, yang telah memberikan dukungan dan doa tiada henti tanpa pernah mengharap balasan, terima kasih telah memberikanku kesempatan menjalani ini semua.

8 7. Rekan-rekan seperjuangan angkatan 2006, Alief, Baiq Fara, Tety, Arba, Cepi, Evi, Maurizt, Widyo, Laurent, Yuli, Udin, Erfan, Ganis, Tunjung, Tina, Rina, Neneng, Mukhtar, terima kasih atas rasa persaudaraan yang kalian berikan. 8. Rekan-rekan di LKFM, Pak Maskuri, Pak Hadi, Pak Yayan, Pak Bambang Piluharto, Pak Ramadan, Pak Siang, Teh Evi, Pak Khae, Bu Suyati, Temanteman DEPAG 2006, Pasjan, adik-adikku S1, terima kasih atas segala bantuan dan kerjasamanya, saya bangga menjadi bagian dari kalian semua. 9. Serta semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Mudah-mudahan tesis ini dapat memberikan mamfaat bagi pembacanya. Bandung, Juni 2008 Penulis

9 DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... ii PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS... iii UCAPAN TERIMA KASIH... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR LAMPIRAN... xi Bab I Pendahuluan... 1 I.1 Latar Belakang Penelitian... 1 I.2 Metode, Hipotesis dan Ruang Lingkup Penelitian... 3 I.3 Tujuan Penelitian... 4 Bab II Tinjauan Pustaka... 5 II.1 Pengertian Korosi... 5 II.2 Karakteristik Jenis Korosi... 5 II.3 Material Uji... 6 II.4 Spektroskopi Impedansi Elektrokimia... 7 II.5 Inhibitor Korosi II.5.1 Inhibitor Benzotriazol II.5.2 Inhibitor Sistein Bab III Pelaksanaan Penelitian III.1 Penentuan Laju dan Uji Inhibisi Korosi III.1.1 Bahan Material Uji III.1.2 Larutan Uji III.1.3 Inhibitor Korosi III.2 Penentuan Kondisi Larutan Tiruan Paling Korosif di Lingkungan PLTA Saguling III.2.1 Variasi Konsentrasi Larutan NaCl III.2.2 Variasi Konsentrasi Ion Sulfida... 17

10 III.3 Penentuan Efisiensi Daya Inhibisi Beberapa Inhibitor yang digunakan Pada Korosi Cu-37Zn III.3.1 Penentuan Efisiensi Daya Inhibisi Benzotriazol (BTAH) III.3.2 Penentuan Efisiensi Daya Inhibisi Sistein (Cys) III.4 Penentuan Efisiensi Inhibitor dengan Cara Spektroskopi Impedansi Elektrokimia (EIS) III.5 Penggunaan Kondisi Corrosion Wheel Test sebagai Penyiapan Kupon untuk Analisis Permukaan Lapisan Hasil Korosi dengan Teknik SEM III.6 Pengukuran Tegangan Permukaan Larutan Uji Bab IV Hasil dan Pembahasan IV.1 Penentuan Larutan Uji Komposisi Larutan Tiruan Paling Korosif Terhadap Runner Turbin di Lingkungan PLTA Saguling IV.1.1 Larutan Tiruan yang mengandung NaCl IV.1.2 Penentuan Konsentrasi Ion Sulfida Paling Korosif IV.2 Efisiensi Daya Inhibisi Beberapa Inhibitor yang digunakan Pada Korosi Cu-37Zn IV.2.1 Pengukuran Efisiensi Daya Inhibisi Benzotriazol (BTAH) IV.2.2 Pengukuran Efisiensi Daya Inhibisi Sistein (Cys) IV.3 Isoterm Adsorpsi IV.4 Pengaruh Suhu Terhadap Efisiensi Daya Inhibisi Beberapa Inhibitor yang digunakan pada Korosi Cu-37Zn IV.4.1 Pengaruh Suhu Terhadap Efisiensi Daya Inhibisi Benzotriazol (BTAH) IV.4.2 Pengaruh Suhu Terhadap Efisiensi Daya Inhibisi Sistein (Cys) IV.5 Analisis permukaan hasil korosi dengan menggunakan SEM Bab V Kesimpulan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 44

11 DAFTAR GAMBAR Gambar II.3 (a). Spektrum EIS aluran Nyquist untuk reaksi antarmuka yang dikendalikan oleh hambatan perpindahan muatan listrik, dan (b). Aluran Nyquist untuk reaksi antarmuka yang dikendalikan proses difusi Gambar III.1 Skema alur penelitian Gambar III.2 Gambar IV.1 Gambar IV.2 Gambar IV.3 Gambar IV.4 Gambar IV.5 Gambar IV.6 Susunan sel elektrokimia tiga elektroda untuk pengukuran potensiodinamik Optimasi larutan NaCl (ion klorida) yang memberikan kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Pengaruh ion sulfida terhadap korosifitas larutan tiruan kondisi air lingkungan di PLTA Saguling Efisiensi daya inhibisi benzotriazol pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Pengaruh konsentrasi inhibitor benzotriazol terhadap tegangan permukaan larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Efisiensi daya inhibisi sistein pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Pengaruh konsentrasi inhibitor sistein terhadap tegangan permukaan larutan tiruan yang paling korosif di lingkungan PLTA Saguling... 31

12 Gambar IV.7 Adsorpsi isoterm Langmuir dari Cu-37Zn yang mengandung inhibitor benzotriazol pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Gambar IV.8 Adsorpsi isoterm Langmuir dari Cu-37Zn yang mengandung inhibitor sistein pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Gambar IV.9 Pengaruh suhu terhadap efisiensi daya Inhibisi 80 ppm benzotriazol pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Gambar IV.10 Pengaruh suhu terhadap efisiensi daya Inhibisi 25 ppm sistein pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Gambar IV.11 Penampang lintang kupon Cu-Zn sesudah 24 jam corrosion wheel test pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling. (a) Blanko (pembesaran 1.500x), (b) Suhu 25 C tanpa inhibitor (pembesaran 7.500x), (c) Suhu 25 C dengan inhibitor sistein 25 ppm (pembesaran 7.500x), (d1) Suhu 55 C tanpa inhibitor (pembesaran 2.500x), (d2) Suhu 55 C tanpa inhibitor (pembesaran 7.500x), dan (e) Suhu 55 C dengan inhibitor sistein 25 ppm (pembesaran 7.500x)... 39

13 DAFTAR TABEL Tabel IV.1 Permukaan yang tertutupi pada Cu-37Zn sebagai fungsi konsentrasi benzotriazol dan sistein pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling... 33

14 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A. Lampiran B. Lampiran C. Lampiran C.1 Lampiran C.2 Lampiran C.3 Lampiran C.4 Lampiran C.5 Lampiran C.6 Hasil Pemantauan Kualitas Air Waduk Saguling pada bulan Agustus 2006, Lokasi pemantauan : dekat intake structure 44 Hasil Analisis Uji Komposisi Metalografi Material Runner Turbin Hasil Pengukuran Impedansi Pada Berbagai Kondisi Pengukuran Contoh aluran Nyquist impedansi elektrokimia hasil pengukuran dengan komposisi larutan, Ca(NO 3 ) 2 5,3 ppm dan NaCl 53 ppm Optimasi larutan NaCl (ion klorida) yang memberikan kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Aluran Nyquist impedansi elektrokimia optimasi larutan NaCl (ion klorida) yang memberikan kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Pengaruh ion sulfida terhadap korosifitas larutan tiruan kondisi air lingkungan di PLTA Saguling Aluran Nyquist impedansi elektrokimia pengaruh ion sulfida terhadap korosifitas larutan tiruan kondisi air lingkungan di PLTA Saguling Daya inhibisi benzotriazol pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling... 49

15 Lampiran C.7 Lampiran C.8 Lampiran C.9 Lampiran C.10 Aluran Nyquist impedansi elektrokimia optimasi daya inhibisi benzotriazol pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Daya inhibisi sistein pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Aluran Nyquist impedansi elektrokimia efisiensi daya inhibisi sistein pada kondisi larutan tiruan paling korosif di lingkungan PLTA Saguling Daya inhibisi benzotriazol (80 ppm) pada berbagai perlakuan suhu Lampiran C.11 Daya inhibisi sistein (25 ppm) pada berbagai perlakuan suhu Lampiran D. Pengaruh Konsentrasi Inhibitor Terhadap Tegangan Permukaan Larutan Uji pada suhu kamar Lampiran. E Parameter Pengukuran EIS 53