Pengaruh Variasi Bentuk dan Ukuran Scratch Polyethylene Wrap Terhadap Proteksi Katodik Anoda Tumbal Al-Alloy pada Baja AISI 1045 di Lingkungan Air Laut Moch. Novian Dermantoro NRP. 2708100080 Dosen Pembimbing Ir. Muchtar Karokaro, M.Sc. NIP. 1947 07 17 1978 01 1001 Selasa, 17 Juli 2012
Page 2
Latar Belakang BAJA LINGKUNGAN AIR LAUT ANODA TUMBAL DILAPISI POLYETHYLENE TIMBUL SCRATCH DAMPAK TERHADAP PROTEKSI KATODIK Page 3
Rumusan Masalah bagaimana pengaruh bentuk dan ukuran scratch polyethylene wrap terhadap proteksi katodik anoda tumbal Aluminium Alloy pada baja AISI 1045 di lingkungan air laut. Batasan Masalah Material uji dianggap homogen. Kehalusan permukaan pada material uji dianggap tidak berpengaruh pada perilaku korosi yang terjadi. Adanya arus liar (stray current) diabaikan dalam perhitungan. Lingkungan uji tidak berubah saat pengujian menyangkut temperatur, ph, dan bebas dari mikroorganisme.
Tujuan Penelitian Mempelajari pengaruh bentuk scratch polyethylene wrap pada baja AISI 1045 terhadap proteksi katodik anoda tumbal Aluminium Alloy di lingkungan air laut. Mempelajari pengaruh ukuran scratch polyethylene wrap pada baja AISI 1045 terhadap proteksi katodik anoda tumbal Aluminium Alloy di lingkungan air laut. Mempelajari terjadinya korosi pada baja AISI 1045 dengan lapis lindung polyethylene wrap yang tidak sempurna. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengetahui batas toleransi bentuk dan ukuran scratch polyethylene terhadap proteksi katodik anoda tumbal Al Alloy pada baja AISI 1045 di lingkungan air laut. Page 5
Page 6
Korosi Korosi didefinisikan sebagai proses perusakan atau degradasi sebuah material logam akibat reaksi dengan lingkungan (Fontana, 1987) Korosi juga merupakan kebalikan dari metalurgi ekstraksi Menurut jenis reaksinya dapat digolongkan sebagai chemical corrosion dan korosi elektokimia electrochemical corrosion (Sulistijono, 1999) Page 7
Mekanisme Korosi Fe Fe 2+ + 2e - (reaksi oksidasi) A K Fe 2+ + 2OH - Fe(OH) 2 (terbentuk karat / anoda [A] terkorosi) 2H + + 2e - H 2 (terbentuk gelembung gas H 2, katoda [K] terproteksi) Page 8
Jenis Korosi Uniform Corrosion Galvanic Corrosion Crevice Corrosion Pitting Corrosion Selective Leaching Intergranular Corrosion Fretting Corrosion Stress Corrosion Cracking Hydrogen Induced Cracking Fatigue Corrosion Erosion Cavitations Page 9
Faktor yang Mempengaruhi Laju Korosi Keberadaan gas terlarut (O 2, CO 2 ) Temperatur ph Adanya Sulfate Reducing Bacteria Keberadaan padatan terlarut (Cl, CO 3, SO 4 ) Impurities Kecepatan fluida / elektrolit Konsentrasi elektrolit Page 10
Pencegahan Korosi Desain Komponen Proteksi Katodik Arus Paksa (Impressed Current) Anoda Tumbal (Sacrificial Anode) Proteksi Anodik Chemical Inhibitor Coating Page 11
Proteksi Katodik Anoda Tumbal Menggunakan prinsip sel galvanis Ada perbedaan potensial standar antara logam yang dilindungi (katoda) dan yang dikorbankan (anoda) Potensial standar anoda lebih rendah dari katoda Cocok untuk struktur yang kecil seperti underground pipeline dan offshore pipeline Anoda yang sering digunakan adalah Mg, Al, Zn Page 12
Elektroda Acuan Pada lingkungan air laut, elektroda acuan yang biasa digunakan adalah elektroda Cu-CuSO 4, elektroda Ag-AgCl 2, dan elektroda Zn. Elektroda Potensial Terkorosi Potensial Optimum Potensial Overproteksi Referensi Cu-CuSO 4-0,65 V atau lebih -0,85 V sampai -1,0 V -1,05 V atau lebih Ag-AgCl 2-0,60 V atau lebih -0,80 V sampai -0,95 V -1,00 V atau lebih Zn +0,45 V atau lebih +0,150 V sampai +0,250 V +0,10 V atau kurang Page 13
Polyethylene (PE) Merupakan golongan thermoplastics Sering digunakan sebagai bungkus plastik, peredam getaran, insulasi panas, dan wrapping pipa-pipa industri Polyethylene Wrap Salah satu jenis coating dengan polymer Digunakan secara simultan dengan proteksi katodik Kedap air Page 14
Lingkungan Air Laut Air laut mengandung 3,5% garam-garaman, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Garam-garaman utama yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55%) natrium (31%) sulfat (8%) magnesium (4%) kalsium (1%) potasium (1%) sisanya (kurang dari 1%) terdiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida. Page 15
Baja AISI 1045 Baja AISI 1045 tergolong dalam kelompok medium carbon steel dengan kandungan karbon sebesar 0,43% - 0,50%. Baja ini banyak digunakan sebagai komponen-komponen penunjang produksi di industry, seperti pipa atau vessel. Komposisi kimia dari baja AISI 1045 adalah sebagai berikut: Tabel 2.2. Komposisi Kimia Baja AISI 1045 Unsur % C 0.43 0.50 Mn 0.6 0.9 S 0.050 P 0.040 Page 16
Anoda Aluminium Alloy Anoda alumiuium adalah anoda yang paling sering digunakan pada system proteksi katodik anoda tumbal pada lingkungan air laut. Berikut adalah material properties dari anoda aluminium. Spesifikasi Nilai Tegangan Dorong (V) 0,3 Efisiensi arus (%) 50-95 Densitas (g/m 3 ) 2.7 Kapasitas arus (A.h/kg) 2700 Pengausan(kg/A.tahun) 3,24 Pengausan (m 3 /A.tahun) 1,180 x 10-3 Keluaran Arus (A/m 2 ) 6,5 Potensial larutan vs CSE (Volt) -1,1 Page 17
Page 18
Diagram Alir Mulai Preparasi baja AISI 1045 Preparasi Air Laut Preparasi Anoda Tumbal Pemasangan polyethylene Pemberian scratch Penimbangan berat awal anoda Menghubungkan baja berlapis PE dengan anoda tumbal Proses Imersi ke dalam media air laut Page 19 A
Cont d A Pengukuran Arus dan Potensial Penimbangan Berat Akhir Spesimen Anoda Pengamatan Makro Katoda dan Anoda Analisa Data dan Pembahasan Kesimpulan Selesai Page 20
Material Penelitian Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah Baja AISI 1045 Polyethylene Anoda Tumbal Aluminium Alloy Page 21
Peralatan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Mesin potong untuk memotong material 2. Wadah untuk menyimpan air laut 3. Timbangan elektronik untuk menimbang material uji 4. Digital multitester untuk mengukur potensial dan arus 5. Penggaris sebagai alat ukur 6. Kabel atau kawat tembaga sebagai penghubung baja dengan anoda 7. Air laut sebagai media korosif 8. Elektroda acuan Cu-CuSO 4 9. Kamera digital untuk foto makro Page 22
Langkah langkah pelaksanaan penelitian Preparasi media air laut Media yang digunakan adalah air laut yang di ambil dari air laut di dekat pantai Kenjeran. Preparasi spesimen uji Spesimen Katoda Preparasi spesimen untuk katoda yaitu Baja AISI 1045. Dilakukan pemotongan dengan mesin potong dengan dimensi spesimen P = 100 mm, L = 50 mm, dan tebal = 16 mm. 50 mm 100 mm Page 23
Pemberian variasi scratch Bentuk Rectangular ukuran p = 25 mm l = 2 mm 2 mm 25 mm ukuran p = 25 mm l = 4 mm 4 mm 25 mm Page 24
Cont d ukuran p = 25 mm l = 10 mm 10 mm 25 mm Bentuk Circular ukuran d = 7,96 mm 7,96 mm Page 25
Cont d ukuran d = 11,28 mm 11,28 mm ukuran d = 7,96 mm 17,84 mm Page 26
Cont d Spesimen Anoda Preparasi spesimen untuk katoda yaitu Aluminium Alloy. Dilakukan pemotongan dengan mesin potong dengan dimensi masing masing anoda yaitu (40 mm x 20 mm x 10 mm). 20 mm 40 mm Page 27
Melakukan Pengujian Korosi Pengujian korosi dilakukan dengan metode uji imersi yaitu dengan memasangkan katoda dengan anoda yang kemudian dihubungkan dengan kabel tembaga. Setelah katoda dan anoda terhubung, dilakukan uji imersi ke dalam lingkungan air laut pada kedalaman yang sama untuk masingmasing spesimen. Proses imersi ini berlangsung selama 20 hari dan 40 hari dengan pengambilan data setiap 4 hari sekali secara periodik. Kabel Tembaga Air Laut Baja AISI 1045 Anoda Tumbal Polyethylene Wrap Page 28
Perolehan Data Pengukuran potensial proteksi katoda dan arus galvanik Pengukuran dilakukan selama satu jam pertama setelah proses uji celup, selanjutnya dilakukan pencatatan data dengan range waktu setiap 4 hari selama 20 hari dan 40 hari. Pengukuran dilakukan dengan menghubungkan baja dan anoda Alumunium dengan elektroda acuan Cu- CuSO 4 dalam lingkungan media air laut. Digunakan Multimeter untuk mengukur potensial proteksi dan arus galvanik yang keluar. Pengukuran potensial proteksi dan arus galvanik dilakukan sesuai standar NACE RP-0169. Page 29
Cont d Penimbangan berat anoda Proses penimbangan berat anoda dilakukan untuk mengetahui berat spesimen yang hilang (weight loss). Proses penimbangan bisa dilakukan menggunakan timbangan elektronik dan hanya bisa dilakukan ketika telah mengalami proses imersi selama 20 hari dan 40 hari. Pengamatan makro pola korosi pada katoda dan anoda Dilakukan pengamatan makro pola korosi pada baja yang dilapisi scratch dengan masing-masing dimensi dan bentuk scratch. Selanjutnya dilakukan pengamatan pola korosi terhadap masing-masing anoda. Porses pengamatan bisa dilakukan menggunakan foto makro setelah uji imersi selama 20 hari dan 40 hari. Page 30
Page 31
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 2 mm Terendah = -1,14 4,31 ma V Tertinggi = -1,00 4,79 ma V Rata2 = -1,115 4,523 ma V Page 32
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 40 hari Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 2 mm Terendah = -1,14 4,10 ma V Tertinggi = -1,00 4,65 ma V Rata2 = -1,086 4,299 ma V Page 33
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 4 mm Terendah = -1,14 4,13 ma V Tertinggi = -1,00 4,69 ma V Rata2 = -1,112 4,423 ma V Page 34
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 40 hari Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 4 mm Terendah = -1,14 4,17 ma V Tertinggi = -0,99 4,54 ma V Rata2 = -1,076 4,307 ma V Page 35
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 10 mm Terendah = 3,97-1,12 ma V Tertinggi = -0,94 4,52mA V Rata2 = -1,058 4,188 ma V Page 36
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 40 hari Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 10 mm Terendah = 4,01-1,10 ma V Tertinggi = -0,78 4,52mA V Rata2 = -0,963 4,359 ma V Page 37
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Scratch Circular, Ukuran d = 7,96 mm Terendah = 4,17-1,14 ma V Tertinggi = -1,01 4,48 ma V Rata2 = -1,098 4,335 ma V Page 38
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 40 hari Scratch Circular, Ukuran d = 7,96 mm Terendah = 4,05-1,14 ma V Tertinggi = 4,66-1,01 ma V Rata2 = 4,287-1,093 ma V Page 39
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Scratch Circular, Ukuran d = 11,28 mm Terendah = -1,13 4,19 ma V Tertinggi = -0,99 4,52 ma V Rata2 = -1,095 4,308 ma V Page 40
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 40 hari Scratch Circular, Ukuran d = 11,28 mm Terendah = -1,13 4,10 ma V Tertinggi = -0,77 4,51 ma V Rata2 = -1,026 4,336 ma V Page 41
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Scratch Circular, Ukuran d = 17,84 mm Terendah = -1,01 3,15 ma V Tertinggi = -0,78 4,50 ma V Rata2 = -0,918 3,813 ma V Page 42
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 40 hari Scratch Circular, Ukuran d = 17,84 mm Terendah = -1,14 4,29 ma V Tertinggi = -0,99 4,72 ma V Rata2 = -1,043 4,409 ma V Page 43
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Tanpa Scratch Terendah = 4,11-1,14 ma V Tertinggi = -1,01 4,68 ma V Rata2 = -1,117 4,325 ma V Page 44
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 40 hari Tanpa Scratch Terendah = -1,15 4,03 ma V Tertinggi = -1,01 4,56 ma V Rata2 = -1,114 4,239 ma V Page 45
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Tanpa Polyethylene Wrap Terendah = -0,98 3,66 ma V Tertinggi = -0,80 4,43 ma V Rata2 = -0,862 4,003 ma V Page 46
Hasil Pengukuran Potensial dan Arus selama 20 hari Tanpa Polyethylene Wrap Terendah = -1,12 4,17 ma V Tertinggi = -0,82 4,95 ma V Rata2 = -1,020 4,485 ma V Page 47
Hasil Uji Pencelupan Anoda Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 2 mm Waktu (hari) Berat awal (g) Berat akhir (g) Berat hilang (g) Laju korosi Anoda (mpy) 20 22,8137 22,7734 0,0403 3,83143 40 21,9510 21,8966 0,0544 2,58598 Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 4 mm Waktu (hari) Berat awal (g) Berat akhir (g) Berat hilang (g) Laju korosi Anoda (mpy) 20 23,1832 23,1335 0,0497 4,72512 40 23,1543 23,0995 0,0548 2,60499 Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 10 mm Waktu (hari) Berat awal (g) Berat akhir (g) Berat hilang (g) Laju korosi Anoda (mpy) 20 23,2409 23,1066 0,1343 12,76827 40 22,8175 22,6335 0,1840 8,74699 Page 48
Scratch Circular, Ukuran d = 7,96 mm Waktu (hari) Berat awal (g) Berat akhir (g) Berat hilang (g) Laju korosi Anoda (mpy) 20 22,6779 22,6542 0,0237 2,25322 40 21,8624 21,8109 0,0515 2,44812 Scratch Circular, Ukuran d = 11,28 mm Waktu (hari) Berat awal (g) Berat akhir (g) Berat hilang (g) Laju korosi Anoda (mpy) 20 22,6920 22,6401 0,0519 4,93428 40 23,4511 23,3973 0,0538 2,55746 Scratch Circular, Ukuran d = 17,84 mm Waktu (hari) Berat awal (g) Berat akhir (g) Berat hilang (g) Laju korosi Anoda (mpy) 20 22,8672 22,8018 0,0654 6,21776 40 22,1427 22,0690 0,0737 3,50343 Page 49
Tanpa Scratch Waktu (hari) Berat awal (g) Berat akhir (g) Berat hilang (g) Laju korosi Anoda (mpy) 20 23,6264 23,6161 0,0103 0,97925 40 22,2985 22,2881 0,0104 0,49438 Tanpa Polyethylene Wrap Waktu (hari) Berat awal (g) Berat akhir (g) Berat hilang (g) Laju korosi Anoda (mpy) 20 22,7310 22,6688 0,0622 5,91353 40 22,6790 22,5994 0,0796 3,78390 Page 50
Hasil Foto Makro Katoda dan Anoda Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 2 mm 20 hari 40 hari Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 4 mm 20 hari 40 hari Page 51
Hasil Foto Makro Katoda dan Anoda Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 10 mm 20 hari 40 hari Scratch Circular, Ukuran d = 7,96 mm 20 hari 40 hari Page 52
Hasil Foto Makro Katoda dan Anoda Scratch Circular, Ukuran d = 11,28 mm 20 hari 40 hari Scratch Circular, Ukuran d = 17,84 mm 20 hari 40 hari Page 53
Hasil Foto Makro Katoda dan Anoda Tanpa Scratch 20 hari 40 hari Tanpa Polyethylene Wrap 20 hari 40 hari Page 54
Hasil Foto Makro Katoda dan Anoda Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 2 mm 20 hari 40 hari Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 4 mm 20 hari 40 hari Page 55
Hasil Foto Makro Katoda dan Anoda Scratch Rectangular, Ukuran p = 25 mm, l = 10 mm 20 hari 40 hari Scratch Circular, Ukuran d = 7,96 mm 20 hari 40 hari Page 56
Hasil Foto Makro Katoda dan Anoda Scratch Circular, Ukuran d = 11,28 mm 20 hari 40 hari Scratch Circular, Ukuran d = 17,84 mm 20 hari 40 hari Page 57
Hasil Foto Makro Katoda dan Anoda Tanpa Scratch 20 hari 40 hari Tanpa Polyethylene Wrap 20 hari 40 hari Page 58
Tabel Perbandingan Hasil Potensial Proteksi, Arus Galvanik, Berat Hilang dan Laju Korosi Anoda Bentuk dan Ukuran Scratch Waktu Potensial Proteksi (V) Arus Galvanik (ma) Berat hilang (gr) Laju Korosi Anoda(mpy) Rectangular, p = 25 mm l = 2 mm 20 hari -1,115 4,523 0,0403 3,83143 40 hari -1,086 4,299 0,0544 2,58598 Rectangular, p = 25 mm l = 4 mm 20 hari -1,112 4,423 0,0497 4,72512 40 hari -1,076 4,307 0,0548 2,60499 Rectangular, p = 25 mm l = 10 mm 20 hari -1,058 4,188 0,1343 12,76827 40 hari -0,963 4,359 0,1840 8,74699 Circular, d = 7,96 mm 20 hari -1,098 4,335 0,0237 2,25322 40 hari -1,093 4,287 0,0515 2,44812 Circular, d = 11,28 mm 20 hari -1,095 4,308 0,0519 4,93428 40 hari -1,026 4,336 0,0538 2,55746 Circular, d = 17,84 mm 20 hari -0,918 3,813 0,0654 6,21776 40 hari -1,043 4,409 0,0737 3,50343 Tanpa Scratch 20 hari -1,117 4,325 0,0103 0,97925 40 hari -1,114 4,239 0,0104 0,49438 Tanpa Pemasangan Polyethylene Wrap 20 hari -0,862 4,003 0,0622 5,91353 40 hari -1,020 4,485 0,0796 3,78390 Page 59
Page 60
Kesimpulan 1. Pada bentuk scratch rectangular dengan pencelupan selama 20 hari, semakin besar ukuran scratch, maka potensial proteksi semakin naik, arus galvanik semakin turun, dan laju korosi anoda semakin naik. Sedangkan pada pencelupan selama 40 hari, semakin besar ukuran scratch, maka potensial proteksi semakin naik, arus galvanik semakin naik, dan laju korosi anoda semakin naik. 2. Pada bentuk scratch circular dengan pencelupan selama 20 hari, semakin besar ukuran scratch, maka potensial proteksi semakin naik, arus galvanik semakin turun, dan laju korosi anoda semakin naik. Sedangkan pada pencelupan selama 40 hari, semakin besar ukuran scratch, maka potensial proteksi semakin turun, arus galvanik semakin naik, dan laju korosi anoda semakin naik. 3. Pada bentuk scratch rectangular mempunyai laju korosi anoda yang lebih tinggi daripada bentuk scratch circular. 4. Pola korosi yang terlihat pada baja adalah uniform corrosion terutama pada area scratch. Sedangkan pola korosi yang terlihat pada anoda adalah cenderung pitting corrosion. Page 61
Saran 1. Pengujian selanjutnya bisa dilakukan dengan menggunakan bahan pelapis yang lainnya. 2. Untuk penelitian lebih lanjut, dapat dilakukan dengan memvariasikan pada kondisi lingkungan seperti salinitas dan temperatur air laut. Page 62
Page 63