PROS ID I NG 2 0 1 2 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK ANALISIS LAJU KOROSI MATERIAL PENUKAR PANAS MESIN KAPAL DALAM LINGKUNGAN AIR LAUT SINTETIK DAN AIR TAWAR Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, 90245 e-mail: johannesleonard55@yahoo.com Abstrak Percobaan menentukan laju korosi material penukar panas kapal telah dilakukan dalam medium air laut sintetik dan air tawar. Air laut sintetik dibuat berdasarkan metode ASTM dan air tawar berasal dari PDAM Makassar, Sulawesi Selatan. Metode yang digunakan adalah perendaman benda uji kedalam ke dua medium tersebut. Waktu perendaman adalah 10 minggu dengan interval waktu pengambilan data setiap 2 minggu. Laju korosi dihitung berdasarkan kehilangan berat selama perendaman dalam mqasing-masing media. Kedua media yang digunakan masing-masing disterilkan, untuk menghindari pengaruh bakteri yang ada dalam kedua media tersebut. Hasil pengujian menunjukkan bahwa laju korosi lebih besar dalam medium air laut tersebut dari pada dalam medium air tawar. Selain itu, hasil menunjukkan bahwa peranan khlor dalam medium amat menentukan naiknya laju korosi tersebut. Pada awal minggu perendaman hingga minggu ke 4, laju korosi menjadi lambat. Hal ini diasumsikan karena pengaruh lapisan film pasif yang terbentuk sebelum perendaman. Lapisan ini terbentuk karena oksidasi dengan udara. Lapisan ini menjari retak dan pecah setelah menjelang minggu ke 4 perendaman. Laju korosi meningkat secara signifikan hingga minggu ke 10 dalam medium air laut sintetik. Sedangkan dalam medium air tawar, kenaikan laju kurang besar dibanding dalam medium air laut sintetik. Hingga minggu ke 10, masih belum diperoleh nilai laju korosi yang konstan. Hal ini menunjukkan bahwa proses korosi yang berlangsung belum mencapai tahap yang stabil. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis ketahanan material penukar panas mesin kapal dalam lingkungan korosif, air laut dan air tawar. Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan informasi yang menunjukkan pengaruh elemen-elemen korosif dalam kedua media, utamanya khlor. Selain itu, dapat pula diketahui efek dan lama perendaman terhadap laju korosi yang terjadi. Kata kunci: material penukar panas, laju korosi, air laut sintetik PENDAHULUAN Pada alat penukar panas mesin kapal laut yang berfungsi menyerap panas dari air tawar, dimana air tawar tersebut sudah digunakan untuk mendinginkan mesin. Hal tersebut dilakukan agar mesin dapat beroperasi dengan efesien. Alat penukar panas pada mesin kapal laut, rentan terkena korosi karena adanya sentuhan langsung dengan air laut sebagai pendingin. Demikian pula dengan air tawar yang didinginkan untuk nantinya dipakai sebagai pendingin mesin. Dalam hal ini air laut berfungsi untuk menyerap panas dari air tawar yang telah digunakan untuk mendinginkan mesin, agar mesin dapat beroperasi secara efesien (1). Air tawar, dimana komposisi zat terlarut tergantung pada umumnya mengandung Ca2+, Mg2+,NH4+, Cl-, dan SO42-. Zat yang terlarut biasanya jauh lebih rendah dari air laut. Agresivitas korosi air ini lebih rendah dari air laut. Namun jika sudah diolah menjadi air PDAM, kandungan khlor jadi naik, dan agresivitas korosifnya naik pula. Air yang mengandung CO2 akan menghasilkan HCO3- yang korosif. Jadi air PDAM yang mengandung CO2 dapat mengakibatkan korosi. Air ini dengan ph kecil (bersifat sebagai asam) merupakan lingkungan yang korosif yang bisa menimbulkan korosi pada logam. Air tawar mencakup keadaan fisik, kimia dan biologi. Diantara karakteristik fisik air ini adalah larutan sedimen, suhu air dan tingkat oksigen yang terlarut didalamnya. Dalam air sungai terdapat mineral dan gas yang umum ditemukan antara lain karbon, sulfur, sedium, kalsium, oksigen, nitrogen dan silikon. Laju korosi yang terjadi Volume 6 : Desember 2012 Group Teknik Mesin ISBN : 978-979-127255-0-6 TM5-1
Analisa Laju Korosi Material dalam air tawar khususnya pada plat baja karbon berkisar 0,05 mm pertahun, namun laju korosi ini akan memrrun hingga 0,01 mm pertahun bila endapan yang mengandung kapur sudah terbentuk. Pada air laut, proses korosi berlangsung sama seperti pada medium air tawar atau udara lembab, tetapi lajunya dipercepat dengan adanya ion khlorida yang berjumlah kurang lebih 55% dibanding ion atau unsur lain. Laju korosi suatu metal yang terkorosi umumnya ditentukan konduktivitas elektrolit yang terlarut. Salah satunya yaitu lingkungan yang mengandung ion-ion klorida atau lingkungan laut. Pada lingkungan laut dengan kadar garam hingga 3,5% atau lingkungan dengan mempunyai kadar ion klorida yang cukup tinggi. Air laut adalah air murni yang di dalamnya terlarut berbagai zat padat dan gas. Suatu contoh air laut sebesar 1000 g berisi kurang lebih 35 g senyawa-senyawa terlarut yang secara kolektif disebut garam. Dengan kata lain, 96,5% air laut berupa air murni dan 3,5% zat terlarut. Banyaknya zat yang terlarut disebut salinitas. Zat-zat terlarut meliputi garam-garam anorganik, senyawa-senyawa organik yang berasal dari organisme hidup, dan gas-gas terlarut. Fraksi terbesar dari bahan terlarut terdiri dari garam-garam anorganik yang berwujud ion-ion. Enam ion anorganik membentuk 99,28% berat dari bahan anorganik padat. Ion-ion ini adalah Klor, Natrium, Belerang (sebagai sulfat), Magnesium, Kalsium, dan Kalium. Empat ion berikutnya menambah 0,71% berat, hingga sepuluh ion bersama-sama membentuk 99,99% berat zat terlarut. Tembaga nikel sensitif terhadap kondisi tertentu yang ditemukan dalam beberapa kondensor maupun penukar panas. Umumnya penukar panas terdiri dari 90/10 Cu-Ni atau 70/30 Cu-Ni. Unsur lain yang biasanya ditambahkan adalah Mangan hingga 2%, besi hingga untuk resistansi korosi erosi, 25 Krom hingga 1% untuk meningkatkan kekuatan, dan Niobium dan silikon untuk pengecoran. Tembaga nikel, 30% (C71500) secara umum memiliki ketahanan terbaik dibanding campuran tembaga lain terhadap serangan korosi dari sebagian besar perairan dan asam. Bahan ini digunakan untuk meningkatkan kualitas di bawah kondisi yang sangat korosif di mana masa kerja lebih panjang dari campuran tembaga lain yang diinginkan. Bahan ini digunakan untuk sebagian besar kondensor dan penukar panas kapal. Campuran ini lebih disenangi untuk air laut yang terpolusi walaupun tidak imun terhadap serangan. Untuk kondisi yang abrasif karena adanya pasir dalam air laut campuran ini lebih cocok dan dengan kandungan 2Fe dan 2Mn adalah superior (2). Korosi logam pada lingkungan akuatik mengikuti mekanisme pada elektrokimia dimana pada logam yang mengalami korosi terdapat tempat-tempat berupa anoda dan katoda. Tembaga-nikel sensitif terhadap kondisi tertentu yang ditemukan dalam beberapa kondensor, maupun penukar panas. Tabung dengan paduan-paduan seperti ini, dapat mudah terserang jika tak dijaga dalam kondisi yang bersih. Penelitian ini diutamakan untuk memberi perhatian pada usaha-usaha yang bergerak dalam bidang transportasi, lembaga pertahanan keamanan yang menggunakan kapal laut sebagai sarana aktivitasnya. Masalah korosi yang merupakan hal yang masih kurang mendapat perhatian bagi berbagai instansi yang terkait, diharapkan dapat menggunakan teknologi yang ada secara efektif dalam penanggulangan korosi METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian in akan dilaksanakan pada Laboratorium Metalurgi Fisik Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Penelitian berlangsung dari Juni 2012 hingga Oktober 2012. Bahan dan Alat Material logam yang diuji dalam penelitian ini adalah material penukar panas yang didapatkan di PT. PAL Surabaya, EX KRI Nala yang telah di gudangkan sejak tahun 1986. Air laut sintetik dibuat berdasarkan standar ASTM, dan air tawar diambil dari air PDAM. Kedua lingkungan ini sebagai media lingkungan korosif. Komposisi Material Spesimen Uji Dari uji komposisi yang dilakukan untuk material spesimen uji yang dilaksanakan di SUCOFINDO, material penukar panas dalam penelitian ini mengandung unsur-unsur sebagai berikut : Ni 28,31%, Co 0,003%, Cr 0,003%, Cu 67,64%, Fe 1,96%, Al 0,003%, Mn 2,01%, Zn 0,03%, dan Sn 0,003%. Sesuai dengan hasil uji komposisi, dapat disimpulkan bahwa mesin penukar panas ini menggunakan material jenis C71500 atau campuran 70/30 Cu-Ni. ISBN : 978-979-127255-0-6 Group Teknik Mesin Volume 6 : Desember 2012 TM5-2
PROS ID I NG 2 0 1 2 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Media Perendaman Air tawar, diambil dari PDAM Kota Makassar. Air Laut Sintetik, diformulakan unsur-unsurnya mendekati air laut di perairan Indonesia dan dibuat sesuai dengan standar ASTM (3). Perendaman dilakukan selama 10 minggu dengan interval pengambilan data setiap 2 minggu. Kedua media ini, diperbarui setiap seminggu sekali dan dilakukan sterilisasi sebelum digunakan. Benda Uji Spesimen/material logam yang diuji dalam penelitian ini adalah material penukar panas yang didapatkan di PT. PAL Surabaya, EX KRI Nala yang telah di gudangkan sejak tahun 1986. Gambar 1. Sampel benda uji Gambar 2. Media perendaman Langkah-langkah Penelitian Adapun langkah-langkah penelitian yang dilakukan adalah: sebelum direndam, permukaan spesimen dibersihkan terlebih dahulu dengan kertas ampelas kemudian ditimbang berat awalnya sebelum direndam. Setelah ditimbang, spesimen kemudian direndam ke dalam instalasi pengujian yang berisi media korosif. Kedua media korosif ini disterilkan di otoklaf pada suhu 1210C selama 15 menit. Spesimen disterilkan dengan pemijaran di atas lampu spiritus yang sebelumnya direndam dengan alkohol 70%. Setelah 2 minggu spesimen I diangkat kemudian dibersihkan dan dikeringkan, setelah itu ditimbang berat akhirnya dan dilakukan pemeriksaan visual untuk melihat bentuk korosi yang ada. Hal yang sama dillakukan pada spesimen II setelah waktu pengujian 4 minggu dan seterusnya untuk masing-masing media korosif hingga 10 minggu berakhir. Volume 6 : Desember 2012 Group Teknik Mesin ISBN : 978-979-127255-0-6 TM5-3
Mpy Analisa Laju Korosi Material Perhitungan Laju Korosi K W I (mpy) A T D Dimana: I = Kecepatan Korosi (mils/year ) P e = Daya efektif (kw) K = Konstanta korosi = 3,45 x 106 W = Kehilangan Berat (gr) A = Luas permukaan spesimen (cm 2 ) T = Waktu perendaman (Jam) D = Densitas = 8,94 (g/cm 3 ) PEMBAHASAN Dari hasil pengujian diketahui besarnya kehilangan berat dari benda uji sebagaimana terliaht pada tabel 1 dan besarnya laju korosi yang terjadi pada benda uji dapat dilahat pada tabel 2. Tabel 1. Hasil Perhitungan Kehilangan Berat Waktu Kehilangan Berat W (gr) Perendaman Air Laut (Minggu) Sintetik Air Tawar 2 0,00576 0,00113 4 0,01606 0,00223 6 0,36811 0,04768 8 0,49343 0,13225 10 1,04205 0,29286 Tabel 2. Hasil Perhitungan Laju Korosi Laju Korosi Permukaan Waktu [mpy] Perendaman Air Laut (Minggu) Air Tawar Sintetik 2 0,00121 0,00272 4 0,00392 0,00478 6 0,06101 0,00841 8 0,09151 0,02191 10 0,15593 0,04382 Setelah minggu ke 10, hasil laju korosi yang diperoleh dari kedua medium air laut dan air tawar, berdasarkan kehilangan berat, ditunjukkan dalam bentuk grafik pada Gambar 3. 0.2 0.16 0.12 Air Laut Sintetik Air Tawar 0.08 0.04 0 0 2 4 6 8 10 Minggu Gambar 3. Laju korosi material penukar panas ISBN : 978-979-127255-0-6 Group Teknik Mesin Volume 6 : Desember 2012 TM5-4
PROS ID I NG 2 0 1 2 HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK Laju korosi sebesar 0,00392 Mpy terjadi pada medium perlakuan hingga akhir percobaan pada minggu ke 3. Kenaikan laju korosi dalam medium ini secara signifikan dimulai pada minggu ke 4. Hal ini dialami pula oleh metal dalam medium air tawar. Dalam medium air laut kenaikan secara beraturan yang tinggi hingga akhir percobaan dengan laju mencapai 0,15593 Mpy hingga akhir pecobaan. Sementara untuk air laut, kenaikan nya pada waktu perendaman yang sama hanya mencapai 0,04382. Dalam minggu-minggu awal perendaman hingga minggu ke 3, kenaikan yang kecil dan tidak signifikan diasumsikan karena adanya lapisan film pasif dari material. Hal ini terjadi karena setelah pembersihan, tak langsung dimasukkan ke dalam medium perendaman. Keadaan ini membuat material uji mengalami oksidasi (4). Nilai laju korosi yang cenderung terus naik, belum dapat memberikan suatu hasil laju korosi yang konstan. Kenaikan laju korosi dalam kedua medium tak sama besarnya, karena kandungan khlor yang lebih besar dalam medium air laut daripada dalam air tawar menyebabkan reaksi korosi yang lebih cepat. Retaknya film pasif ini, merupakan satu hal yang menyebabkan kenaikan secara drastis, utamannya dalam medium air laut. Penutupan menyeluruh suatu permukaan dengan suatu lapisan atau deposit dapat menjadi penghalang yang efektif dan mengurangi korosi metal (5,6). Dalam kedua medium, air laut dan air tawar, evolusi laju korosi nampaknya ada kesamaan. Hal ini ditunjukkan dengan adanya perubahan laju korosi, seiring dengan waktu perendaman. Namun waktu-waktu kritisnya tak sama dalam kedua medium tersebut. Melihat kecenderungan kenaikan laju korosi dalam kedua medium, maka dimungkinkan risiko korosi menjadi bertambah. Dalam medium air laut dengan lebih banyak khlor, variasi laju korosi lebih penting daripada dalam medium air tawar. SIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: Kecenderungan secara umum laju korosi pada material penukar panas dengan lingkungan yang terdapat air laut adalah lebih besar dibandingkan dengan laju korosi yang terjadi dalam air tawar. Laju korosi maksimum pada material dengan disertai pertumbuhan bakteri adalah 0,15593 mils per year. Dalam lingkungan air tawar mencapai 0,04382 mils per year. Pengaruh khlor berperan besar dalam meningkatkan laju korosi serta lapisan film oksida dari material penukar panas. Laju korosi material penukar panas kapal ini belum mencapai hasil yang konstan, sehingga memerlukan waktu yang lebih lama untuk perendaman. DAFTAR PUSTAKA Fontana, Maars, G., 1987. Corrossion Enginering, Third Edition, MeGraw Hill Book Company, Singapore. Herbert H. Uhlig, 1971, Corrosion and Corrosion Control, Second Edition, Cambridge, Massachusetts. Robert Baboian, 1995. Corrosion, Test And Standart, Fredericksburg, VA. Sadic Kakac, Hong Tan Liu, 1997. Heat Exchanger Selection, Rating, And Thermal Design, CRC Press Boca Raton, Florida. Leonard J., Dirayah R. Husain, 2005, Pengaruh Aktivitas Isolat Bakteri Air Laut Pada Alat Penukar Panas Mesin Kapal, Prosiding Seminar Nasional Material Teknik, ITS Surabaya Harjuno Susilo, 2004, Analisa Korosi oleh Pengaruh Bakteri Air laut pada Material Penukar Panas Mesin Kapal, Skripsi Volume 6 : Desember 2012 Group Teknik Mesin ISBN : 978-979-127255-0-6 TM5-5
Analisa Laju Korosi Material ISBN : 978-979-127255-0-6 Group Teknik Mesin Volume 6 : Desember 2012 TM5-6