KUMPULAN ABSTRAK TESIS DISERTASI DOKTOR 2005 INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Transkripsi

1 KUMPULAN ABSTRAK TESIS DISERTASI DOKTOR 2005 INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG SEKOLAH PASCASARJANA Jl. Tamansari No. 64 Bandung Gedung CCAR lt. IV Telp. : ; Fax. : pasca@itb.ac.id;

2 Kata pengantar Dengan memanjatkan puji syukur k Hadirat Tuhan Yang Maha Esa, pada kesempatan ini Sekolah Pascasarjana telah menerbitkan buku kumpulan abstrak Program Magister dan Doktor tahun 2005 Buku kumpulan abstrak tesis ini memuat abstrak tesis/disertasi dari Program Studi Magister dan Doktor yang ada di lingkungan Sekolah Pascasarjana ITB, lulusan periode Wisuda bulan Maret, Juli, September 2005 Penerbitan buku kumpulan abstrak tesis Sekolah Pascasarjana ITB tahun 2005 merupakan salah satu upaya untuk menyebar luaskan informasi ilmiah yang di hasilkan dari penelitian para mahasiswa Sekolah Pascasarjana ITB, dengan harapan dapat dimanfaatkan secara optimal oleh masyarakat. Bagi para mahasiswa kumpulan abtrak ini dapat dipakai sebagai sumber rujukan bagi penelitian yang akan mereka lakukan. Kami menyampaikan ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses penerbitan buku ini. Kritik membangun dan saran-saran kami harapkan dari para pembaca yang terhormat. Hal tersebut akan sangat berguna untuk menyempurnakan abtrak tesis yang akan kami terbitkan kemudian. Bandung, 15 Februari 2006 Sekolah Pascasarjana ITB Dekan, Prof.Dr.Ir. Ofyar Z. Tamin, M.Sc. NIP i

3 Sekilas Tentang Sekolah Pascasarjana ITB menyelenggarakan pendidikan pascasarjana dalam jenjang Magister dan Doktor. Program pendidikan Magister ini bertujuan untuk meningkatkan taraf penguasaan ilmu dan kemampuan yang diperoleh peserta selama pendidikan Sarjana, agar lebih aktif dan mantap berperan, baik dalam pandangan ilmunya maupun dalam penerapannya. Untuk mencapai tujuan ini, walaupun terbuka untuk memilih salah satu bidang khusus tertentu, tetap dijaga penguasaan wawasan program secara menyeluruh, agar para lulusannya tetap dapat bergerak secara lincah di dalam lingkup pekerjaannya. Program pendidikan Magister yang diselenggarakan di ITB memiliki arah orientasi bersifat akademik/ilmiah, yang lebih ditekankan pada kemampuan ilmu secara lebih mendalam. Pendidikan Magister Profesional pada saat ini masih dijajaki oleh beberapa team dan/atau komisi dari berbagai disiplin ilmu. Jangka waktu pendidikan untuk program pendidikan Magister adalah dua tahun, yang terbagi atas 4 (empat) semester. Beban studi normal pada setiap semester berkisar antara 9 SKS hingga maksimum 12 SKS. Beban akademik keseluruhan program Magister adalah adalah 36 SKS, sehingga jangka waktu belajar dapat ditempuh dalam 3 semester. Jangka waktu studi maksimum program Magister tidak lebih dari 3 (tiga) tahun. Program Dktor bertujuan menghasilkan lulusan yang mempunyai sikap akademik, mampu meneliti secara mandiri, dan mampu memberi sumbangan berarti kepada khasanah ilmu pengetahuan, ilmu pengetahuan teknik, atau ilmu seni rupa dan desain. Penelitian yang mengarah kepada gelar Doktor dapat dilakukan dalam Ilmu Pengetahuan Teknik, Ilmu Matematika dan Pengetahuan Alam, Ilmu Seni Rupa dan Desain. Gelar Doktor diberikan setelah promovendus/promovenda menunjukkan penguasaan pengetahuan secara mendalam dalam cabang keilmuan tersebut di atas, menunjukkan kemampuan dan ketrampilan meneliti secara mandiri dalam satu atau lebih cabang yang tercakup ke dalam salah satu bidang tersebut di atas dan penelitian itu bersifat orisinil atau mengungkapkan suatu kebaharuan. Hasil penelitian itu menambah khasanah ilmu pengetahuan/ilmu teknik/ilmu seni rupa/desain yang telah ada atau mengungkapkan masalah baru yang menurut kaidah ilmu pengetahuan teknik/seni rupa dan desain, dapat dibuktikan dalam disertasi sehingga tidak meragukan. Jangka waktu pendidikan untuk program pendidikan Doktor adalah tiga tahun, yang terbagi atas 6 (enam) semester. Beban studi normal pada setiap semester berkisar antara 9 SKS hingga maksimum 12 SKS. Beban akademik keseluruhan program Doktor adalah SKS. Jangka waktu studi maksimum program Doktor tidak lebih dari 5 (lima) tahun. Sejarah pendidikan pascasarjana ITB berjalan seiring dengan sejarah perkembangan ITB itu sendiri, yakni sejarah didirikannya Technische Hogeschool te Bandung (Th) pada tanggal 3 Juli Tercatat bahwa lulusan pascasarjana pertama pada waktu itu adalah N.H. Van Harpen yang memperoleh gelar Doktor bidang ilmu teknik dengan kekhususan Sipil pada tahun Sebelumnya J.W. Ijerman memperoleh gelar Doktor honoris causa pada bidang yang sama tahun ii

4 Seiring dengan perjalanan sejarah Negara Indonesia, pada tahun 1950 didirikan Universitas Indonesia sebagai hasil integrasi Balai Perguruan Tinggi Republik Indonesia (19 Agustus 1945) dan Universiteit van Indonesia (1947) berdasarkan Undang-Undang Darurat no. 7 tahun Institut Teknologi Bandung (ITB) diresmikan tanggal 2 Maret 1959 dan merupakan gabungan dua fakultas yang merupakan bagian dari Universitas Indonesia yang berada di Bandung, yaitu fakultas Teknik dan Fakultas Ilmu Pasti dan Ilmu Alam ditambah Balai Universiter Guru Gambar. Pada saat masih berstatus sebagai Fakultas Teknik dan Fakultas Ilmu Pasti dan Ilmu Alam, Universitas Indonesia, pendahulu ITB ini telah menghasilkan 17 orang Doktor dalam bidang Teknik SIpil, Teknik Kimia, Geologi, Fisika, Farmasi, Matematika dan Kimia. Lulusan Doktor ITB yang pertama J.A. Katili, Geologi, yang menyelesaikan studinya tahun Sejak itu sampai tahun 2005 telah dihasilkan 404 orang Doktor, termasuk 3 orang Doktor honoris causa, yaitu Dr.Ir. Soekarno, presiden pertama Republik Indonesia, Dr.Ir. Sediatmo, dan Prof.Dr.Ir. Rooseno. Pada tahun 1976 berdiri Sekolah Pascasarjan di Institut Teknologi Bandung, yang selanjutnya berubah menjadi Program Pascasarjana, dan namanya kembali menjadi Sekolah Pascasarjana di tahun Lulusan program Doktor pertama dari Sekolah Pascasarjana adalah Ir. Sri Hardjoko yang memperoleh gelar Doktor di tahun 1979 untuk bidang studi Teknik Mesin dengan Pembimbing/Promotor Prof.Ir. Samudro, Prof.Dr. R. Van Hasselt dan Prof.Ir. Handojo. Program Magister di Institut Teknologi Bandung dimulai tahun 1979 dengan tiga program studi yaitu program studi Fisika, Matematika, dan Teknik Mesin. Selanjutnya pada tahun 1980 berkembang menjadi 11 program studi karena dibuka 8 (delapan) program studi baru yaitu program studi Arsitektur, Biologi, Elektroteknik, Farmasi, Kimia, Teknik Kimia, Teknik Sipil, dan Teknik dan Manajemen Industri. Saat ini secara keseluruhan terdapat 33 program studi Magister di lingkungan Sekolah Pascasarjana ITB. Sejak tahun akademik 1979/1980 hingga bulan September 2005 Sekolah Pascasarjana ITB telah menghasilkan sebanyak lulusan program Magister (S2) dari berbagai program studi. iii

5 DAFTAR ISI Kata pengantar dari Dekan Sekolah Pascasarjana ITB Pendahuluan I II Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Program Studi Matematika Program Studi Fisika Program Studi Kimia Program Studi Aktuaria Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati Program Studi Biologi Sekolah Farmasi Program Studi Farmasi Fakultas Ilmu Kebumian dan Teknologi Mineral Program Studi Geologi Program Studi Rekayasa Pertambangan Program Studi Perminyakan Program Studi Geofisika Terapan Program Studi Sains Kebumian Fakultas Teknologi Industri Program Studi Teknik Kimia Program Studi Teknik Mesin Program Studi Teknik Fisika Program Studi Teknik Manajemen dan Industri Program Studi Teknik Penerbangan iv

6 Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Program Studi Teknik Elektro Program Studi Informatika Sekolah Arsitektur, Perencanaan dan Pengembangan Kebijakan Program Studi Pembangunan Program Studi Transportasi Program Studi Arsitektur Program Studi Perencanaan Wilayah dan Kota Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Program Studi Teknik Sipil Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Program Studi Teknik Lingkungan Program Studi Sistem dan Teknik Jalan Raya Fakultas Seni Rupa dan Desain Program Studi Seni Rupa Program Studi Desain Sekolah Bisnis dan Manajemen Program Studi Magister Administrasi Bisnis v

7 Kumpulan Abstrak Kimia - FMIPA Bunbun Bundjali NIM Program Studi Kimia PERILAKU DAN INHIBISI KOROSI BAJA KARBON DALAM LARUTAN BUFFER ASETAT, BIKARBONAT - CO 2 Aliran minyak minyak bumi dan gas alam mentah selain mengandung air, juga dapat mengandung CO 2, asam-asam organik (misalnya asam asetat), serta senyawa sulfida, dan garam-garam klorida yang bersifat korosif terhadap bagian dalam pipa baja karbon penyalurnya. Daya korosi CO 2 terhadap baja karbon diketahui berbanding lurus dengan tekanan parsial CO 2, tetapi ternyata korosi terlokalisasi jenis sumuran akibat CO 2 bertekanan tinggi, terjadi pula pada lingkungan CO 2 bertekanan rendah yang mengandung asam asetat bebas dan / atau ion asetat. Penelitian ini mempelajari saling pengaruh antara kandungan asam asetat, natrium asetat dan natrium bikarbonat CO 2 jenuh terhadap korosi baja karbon dalam larutan berair pada suhu C, rentang suhu yang masih mudah ditangani di laboratorium. Perilaku elektrokimia korosi baja karbon dalam larutan buffer asetat dipetakan berupa diagram potensial ph berdasarkan hasil pengukuran potensiodinamik. Diagram potensial ph yang dihasilkan memiliki kemiripan dengan bagian diagram Pourbaix pada rentang ph 3,2 9,0. Analisis kurva polarisasi potensiodinamik korosi baja karbon dalam larutan buffer asetat, natrium bikarbonat CO 2 jenuh memperlihatkan sifat aktif pasif yang dipengaruhi oleh ph dan suhu. Baik natrium asetat maupun natrium bikarbonat memberi efek menaikkan ph dan memfasilitasi pembentukan lapisan pasif, sedangkan bubbling CO 2 menyebabkan peningkatan laju korosi baja karbon sebagai dampak dari penurunan ph dan potensial korosi sumuran yang merusak lapisan pasif. Karena hampir semua kerusakan pada bagian dalam jaringan pipa disebabkan oleh korosi lokal jenis sumuran, maka telah diselidiki kondisi yang memungkinkan terjadinya korosi jenis sumuran tersebut pada baja karbon dalam larutan uji buffer asetat dengan variasi ph 3,8; 4,1; 5,1 dan 6,1, larutan 0,2 M natrium asetat dan larutan 3% NaCl, yang semuanya mengandung 100 mg/l natrium bikarbonat dan jenuh CO 2. Pada penelitian ini, laju korosi ditentukan baik dengan cara elektrokimia maupun dengan cara corrosion wheel test dan corrosion bubble test, morfologi permukaan diamati dengan mikroskop elektron (SEM) dan mikroskop optik metalografi, sedangkan kerusakan permukaan dan struktur kisi baja karbon terkorosi diikuti dengan pengamatan pola difraksi sinar-x (XRD). Hasil penentuan laju korosi secara elektrokimia pada suhu 65 C, menunjukkan bahwa daerah rentang ph 3,2-5,5 larutan buffer asetat adalah kondisi korosi dengan laju tinggi. Hasil corrosion wheel test menunjukkan bahwa pada ph > 5,5, laju korosi berkurang akibat terbentuknya hasil korosi berupa lapisan besi karbonat. Lapisan pelindung tersebut tidak dapat terbentuk atau melarut kembali pada ph < 5, karena pada ph 3,8 4,1 dengan kupon baja karbon statik serta pengaliran CO 2 secara terus menerus, baja karbon mengalami korosi jenis sumuran. Jumlah lubang dan parahnya korosi yang terjadi, sebanding dengan lamanya perendaman kupon. Gabungan pengamatan elektron mikroskop, SEM, dan teknik spektroskopi dispersif energi sinar X, EDS, menunjukkan komposisi lapisan hasil korosi yang bervariasi tergantung kedalaman lapisan dan dipengaruhi oleh ph larutan uji. Analisis XRD terhadap kupon baja karbon, sesudah 72 jam corrosion wheel test dalam larutan ph 3,8 buffer asam asetat, natrium bikarbonat-co 2 pada suhu 65 C, menunjukkan bahwa lapisan hasil korosi yang teridentifikasi adalah besi hidroksi karbonat, Fe 2 (OH) 2 CO 3, dan besi oksida asetat hidroksida monohidrat (C 2 H 6 Fe 2 O 6.H 2 O). Pola difraksi sinar X baja karbon yang terkorosi dalam semua larutan uji di atas, memperlihatkan pengurangan intensitas relatif pada bidang kisi (110) dan (200) serta peningkatan pada bidang kisi (211). Besarnya penurunan intensitas difraksi sinar-x ini meningkat dengan bertambahnya persentase pengurangan berat kupon baja karbon terkorosi. Hal ini menunjukkan terjadinya pelarutan selektif atomatom besi yang terletak pada kedua bidang kisi tersebut. 105

8 Kimia FMIPA Kumpulan Abstrak Pelarutan selektif ini diduga disebabkan karena bidang kisi (211) memiliki persentase keterisian atom besi terkecil di antara ketiga bidang kisi itu, maka permukaan bidang tersebut berpeluang terbesar untuk disisipi atom karbon yang akan memberikan efek perlindungan terhadap atom besi-nya untuk tidak melarut. Walaupun proses korosi dimulai dari fasa permukaan, ternyata pola difraksi sinar-x dari ketiga bidang kisi tersebut dapat dijadikan indikator korosi pada baja karbon, karena itu kinerja suatu inhibitor korosi dapat dilihat dari kemampuannya dalam mempertahankan pola difraksi baja karbon semula. Pola spektrum hamburan Raman baja karbon yang terlindungi oleh inhibitor korosi yang baik juga hampir tidak mengalami perubahan dari spektrum baja karbon semula. Urutan kinerja inhibitor untuk menangkal korosi sumuran pada baja karbon dalam lingkungan larutan ph 4 buffer asetat, bikarbonat CO 2 jenuh pads suhu 85 C adalah inhibitor korosi komersial, IKK > oleil hidroksi etil imidazolin, OHEI > anhidrida n-heksa-desil suksinat, An-HDS > monoalkil fosfat, MAP. Kinerja inhibitor ini sangat mungkin terkait dengan struktur dan muatan molekul inhibitor serta energetika proses adsorpsinya pada permukaan baja karbon. Inhibitor MAP dan An-HDS bersifat anionik, teradsorpsi pada permukaan baja karbon karena membentuk semacam ikatan sepit dengan kation besi. OHEI bersifat kationik, dan IKK kemungkinan besar berupa campuran surfaktan yang bersifat amfolitik, karena dapat berfungsi sebagai inhibitor korosi baik pada ph rendah, maupun pada ph tinggi. Berdasarkan hasil pengukuran tegangan permukaan larutan ph 4 buffer asetat pada suhu 25 C dan 45 C dengan variasi konsentrasi OHEI dibandingkan dengan bentuk spektra EIS nya, dapat disimpulkan bahwa konsentrasi kritis misel OHEI dalam larutan ph 4 buffer asetat pada suhu 25 C adalah sekitar 10 ppm. Konsentrasi kritis misel An-HDS dalam larutan tersebut meningkat dengan kenaikan suhu, karena energi adsorpsinya bersifat endoterm, maka kenaikan suhu tersebut akan menyebabkan semakin banyak molekul An-HDS yang teradsorpsi pada permukaan baja karbon dan agitasi termal pada umumnya akan mempersukar pembentukan misel. Perubahan bentuk spektra EIS pada pertambahan konsentrasi surfaktan dapat dijadikan indikator untuk menentukan konsentrasi kritis misel. Kata kunci: asam asetat, bikarbonat, CO 2, EDS, EIS, inhibisi, korosi baja karbon, korosi lokal sumuran, mikrostruktur, potensiodinamik, SEM, spektroskopi Raman, XRD. CORROSION BEHAVIOUR AND INHIBITION OF CARBON STEEL IN AQUEOUS ACETATE BUFFER, BICARBONATE-CO 2 SOLUTIONS Crude oil and gas production which are transported from its origin through carbon steel pipelines besides water, also contain CO 2, organic acid (e.g. acetic acid), sulphides and chlorides, causing an internal corrosion against the carbon steel. The CO 2 corrosiveness is linearly dependent upon its partial pressure, but obviously, pitting corrosion which seems to be caused by high pressure of CO 2, is also found at lower pressures in the presence of acetate ion and/or free acetic acid. To understand the interrelation among the content of acetic acid, sodium acetate and sodium bicarbonate saturated CO 2 against carbon steel corrosion and its inhibition in aqueous environment at C, it is needed to study the electrochemical behaviour of molecular ions species and their interaction on carbon steel / solution interface. The first stage of this work is to construct corrosion behaviour of carbon steel in acetic acid acetate ion solution, as a potential ph diagram base on the potentiodynamic measurement. The resulting potential ph diagram has look like seem with the Pourbaix diagram within of the ph range of Analyses toward potentiodynamic polarization curves of carbon steel corrosion in a CO 2 saturated, acetate buffered sodium bicarbonate solution have revealed a corrosion active-passive behaviour which is affected by ph and temperatures. 106 Tenologi Bandung Sekolah Pascasarjana Institut

9 Kumpulan Abstrak Kimia - FMIPA Either sodium acetate or sodium bicarbonate gives rise to increase in ph and facilitates the formation of passive film. Whereas CO 2 bubbling into the both solutions lead to the increase in carbon steel corrosion rates as a result of decrease in ph and pitting corrosion potential, which destroy the passive film. Because almost all internal pipelines failure due to local pitting corrosion, therefore this work has investigate conditions which allow pitting corrosion of carbon steel in acetate buffered test solution of ph 3.8, 4.1, 5.1 and 6.1, 0.2 M NaOAc and standard brine solutions, all of which contains 100 mg/l sodium bicarbonate and saturated with CO 2. Corrosion rates is determined by corrosion wheel and corrosion bubble tests, while surface morphology is observed with electron microscope (SEM) and metallographic optical microscope, whereas surface deterioration as well as corroded lattice structure of the steel is monitored through measurement of X-Ray Diffraction (XRD) pattern. Results on corrosion rates determination by means of electrochemical methods at 65 C, demonstrate that ph range of of the acetate buffered solution is the region within which the corrosion rates are high. Corrosion wheel test results indicate that at ph > 5.5 corrosion rates decrease as a result of the formation of corrosion products in the form of iron carbonate film. The protective film probably could not form or redisolve at ph < 5, therefore at ph static coupon of carbon steel in bubble corrosion test undergo pitting corrosion. Number of pit and corrosion seriousness that occurred were proportional to the length of immersion time. Combined observation by using electron microscopic, SEM, and X-ray energy dispersive spectroscopic, EDS techniques, reveal that the composition of the corrosion products film varies with respect to depth and influenced by the ph of associated test solution. XRD analyses toward carbon steel coupons after having 72 hours exposure to ph 3.8 acetic acid buffered, CO 2 saturated sodium bicarbonate solution at 65 C during the corrosion wheel tests, identifies that the corrosion product film is composed of iron hydroxyl carbonate, Fe 2 (OH) 2 C O 3, and iron oxide acetate hydroxide monohydrate (C 2 H 6 Fe 2 O. 6 H 2 O). The whole X-ray Diffraction Patterns of corroded carbon steel in any of the above tset solutions exhibit a decrease in relative intensity of 110 and 200 lattice plane and increase in the 211 lattice plane. The extent of the decrease in the diffracted X-ray intensities increase with the increase in the percentage of corroded carbon steel coupon weight loss. This might reflect a selective dissolution of iron atoms situated in both lattice planes. It is suspected that this observation is due to the fact that 211 lattice plane has the smallest percentage of atomic occupancy among the three, thus it might have the greatest chance to be inserted with carbon atoms which in turn giving protective effect toward iron atoms against further dissolution. Although, corrosion process starts from the surface phases, this experiment revealed that X-ray diffraction pattern of the three lattice planes could be employed as some sort of carbon steel corrosion indicator. Consequently, corrosion inhibitor performance could be deduced from its ability to maintain diffraction pattern of the initial carbon steel specimen. The inhibition performance of the inhibitors that are tested to minimize carbon steel pitting corrosion in ph of 4.1 of acetate buffer solution, bicarbonate saturated with CO 2, at 85 C was commercial corrosion inhibitor, IKK > oleyl hydroxyl ethyl imidazoline, OHEI > n-hexadecyl succinic anhydride, n-hdsa > monoalkyl phosphate, MAP. The inhibitors performance probably related to their structure and the charge of inhibitors molecular and the energetic of its adsorption process on to surface of carbon steel. MAP and n-hdsa were anionic inhibitors, adsorpted on the carbon steel surfaces due to chelat bonding like formation with iron cation. OHEI has cationic inhibitor, and IKK was a surfactant mixture which has ampholitic moiety smel it could be as corrosion inhibitor in acid as well as alldine solution. Keywords : Acetic acid, bicarbonate, CO 2, EDS, EIS, inhibition, carbon steel corrosion, pitting corrosion, microstructure, potentiodynamic, SEM, Raman spectroscopy, XRD. 107