PERANCANGAN, PEMBUATAN, DAN PENGUJIAN PENEMPATAN ELEKTRODA-ELEKTRODA CMSIOO UNTUK PENGOPERASlAN PADA SUHU DAN TEKANAN TINGGI Sriyono, Ari Satmoko,Febrianto, Ismu Handoyo, Arifal, Nur RahmahoH,Dedy.Haryanto, Edy Samaroo, Joko P. PPTKR-BATAN.KawasanPuspiptekSerpong
ABSTRAK PERANCANGAN.PEMBUATANDAN PENGUJIANPENEMPATANELEKTRODA-ELEKTRODA CMSIOO UNTUK PENGOPERASIANPADASUHU DAN TEKANAN TlNGGl. Corrosion MeasurementSystem100 (CMSlOO)adalahperalatan untuk melakukaneksperimenkorosi. Untuk mengukurlaju korosi yang terjadi pada suatu material (spesimenuji) dibutuhkan elektroda acuan. elektroda bantu don elektroda kerja. Elektroda-elektrodatersebutbiasanyadigunakanpada suhu dan tekanankamar. Penempatanelektrodaelektrodaharus dirancang ulang. karena diinginkan untuk melakukaneksperimenpada suhu don tekanan pada bagian uji (testsection)Untai Uji Korosi. Di Laboratoriumkorosi PPTKRelektroda-elektroda tersebut telah dirancangdon dibuat dalam duopaket rancangali.PaketrancanganpertamaadalahJembatanGaram (JG) dan yang keduaadalahpenempatancounter-spesimen (PCS).Keduapaket tersebuttelah dibuat don diuji denganmenggunakan Autoclave.Hasil pengujianmenunjukkanbahwakeduarancangantersebuttelah mampubekerja hingga teka~ar don suhu280 'C. serlo laju alir tetesankapiler adalah 4 tetesper jam. Selanjutnyapembuatanelektroda-elektrodatersebutdiharapkanmampuuntukpengukurankorosipada bagiansekunderUntai Uji Korosi yang beroperasipada suhu270 'C don tekanan66 bar.
ABSTRACT THE DESIGN, FABRICATIONAND TESTING OF CMSIOOELECTRODESPLACEMENT FOR HIGH TEMPERATUREAND PRESSUREOPERATION.CorrosionMeasurementSystemCMSIOOis a tool to carry out the corrosion experiment.The measurementofcorrosion rate on the testspecimenrequired reference 'electrode,working electrodeand counterelectrode.Theplacement ofelectrodesshouldbe redesigneddue to desiredfor an experimentat high temperatureand pressure on the test section of Untai Uji Korosi (Corrosion Test Loop),In the corrosion laboratory ofPPTKR, those electrodeswere alreadydesignedand made on two-packagesdesign,Thefirst designpackagewas Salt Bridge and the secondone is CounterSpecimenelectrodeplacement.Thetwo-packagesdesignhave beenfabricatedand testedbyusingAutoclave. The testingresult ofbothpackageswere well perform up to pressure of90 bar, temperatureof280 'f: and the flow rate of Salt Bridge was 4 drops per hour. Furthermore the fabrication of the electrodeswere expectedto be ablefor measuringthe corrosiononsecondarysystemof Untai Uji Korosi which work on the pressureof66 bar and the temperatureof270 'f:.
PENDAHULUAN D
i laboratoriumkorosi PPTKR-BATAN terdapat peralataneksperimentalyangdinamakanUntai Uji Korosi atau Primary Loop. Peralatantersebut berguna untuk mempelajarifenomenakorosi yang terjadi pada pembangkituap PWR atauPHWR.[l] Karena keterbatasanalat deteksi pengukuran laju korosi pada Untai Uji Korosi (UUK) tersebutmaka dikembangkanlah pengukuran korosi dengan menggunakanCMSIOO. CMS100 adalah peralatan yang uapat dipergunakanuntuk melakukan eksperimenkorosi. Eksperimenkorosiyang selamaini dilakukanadalah eksperimenpada suhu clante.kanankamar. Karena keinginan untuk pencangkokan atau menggabungkan CMS100denganUntai Uji Korosi, maka harus dilakukan desain ulang penempatan
elektroda-elektrodaCMSIOO tersebut. Untai Uji Korosi beroperasipada suhu dan tekanan tinggi, sedangkanCMSIOO memiliki elektroda-elektroda yang hanya mampubekerjapada kondisi atrmosflr. Oleh sebab itu lingkungan di dalam test section harus dihubungkandenganlingkunganpengukuran CMSIOOdenganperantarayang disebut Jembatan Garam.[2,3,4,5] CMS100 mempunyai tiga buah elektroda yaitu elektrodakerja (working electrode),elektroda acuan (reference electrode) dan elektroda bantu (counter electrode).[2] Ketiga elektroda °ini dirancang dan dibuat dalam 2 paket, yaitu paket rancangan Jembatari Garam yang mewakili elektroda acuan dan paket rancangan CounterSpesimen yang mewakili elektroda bantu dan elektroda kerja. Setelah difabrikasi, kedua paket rancangan ini diuji dengan Autoclave untuk
Prosiding Pertemuan dan Presentasi /lmiah P3TM-BATAN, Yogyakarta 14 -15 Juli 1999
Buku I
mengetahui karakterisasinya. Kedua paket rancangan ini diharapkan mampu bertahan pacta tekanan daD temperatur sekunder test section Untai Uji Korosi yaitu pactatekanan 66 bar dan temperaur
270°C.[I]
ALATDANBAHAN Alat ..Alat-alat
perbengkelan.
CMS I 00 daDperlengkapannya. Autoclave dan perlengkapannya.
Bahan * Stainlesssteel316 ataubajanirkarat. * Platinamumi (99%), pejal,diameterI mm. * Silikon adhesit:"LOCTITEHigh temperature SUPERFLEXSiliconeAdhesiveSealant" No. 59675. * Gasketserbukgrafoil. * KCI jenuh * Kabellistrik tahanpadasuhutinggi. * Gelaspyrex. * Teflon * Serbukkeramikdancairanpengerasnya. * Resin"Epokwick" * Pengerasatauhardener"Epokwick" * Pipa kapiler dari bahanteflon, diameterdalam mm
(7)
(8)
(10)
CMS
(6) ~ (5)
(4)
.. :--I
(3)
(2)
(1)
Gambar 1. Rangkaianpengujian JembatanGaram dan E1ektroda Counter-Spesimen denganAutoclave Keterangangambar: No 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Keterangan Autoclave Alat kontrol suhuAutoclave Sumberarus listrik Spesimenuji padaelektrodakerja Elektrodacounter Kepalajembatangaram
ISSN0216-3128
7. 8. 9. 10.
291 Silinder penampung KCI jenuh Elektroda kalomeljenuh CMSIOO Pipa kapiler daTi bahan teflon Ujung Jembatan Garam
Metode Pengujian Elektroda-elektroda CMSIOO .Peralatan dirangkai seperti pactaGambar I. .Diset suhu Autoclave dengan alat kontrol suhu pactasuhu tertentu. (misal : 160 °C, 200 °C, 250 °C daD 270 °C) .Dihidupkan Autoclave. .Setelah setpoint tercapai amatilah perubahanperubahan suhu, tekanan dan tetesan kapiler JembatanGaram. .Apabila keadaan stabil telah tercapai, naikkanlah setpoint suhu ke titik yang lebih tinggi. .Langkah 4 daD5 diulang sampai kondisi yang diinginkan tercapai.
HASIL DAN PEMBAHASAN Perancangan Jembatan Garam daD Penempatan Elektroda Counter-Spesimen Secara garis besar bagan pencangkokan CMSIOO dengan test section Untai Uji korosi dapat dilihat pada Gambar 2. Dari Gambar 2 dapat dilihat adanya rancangan penempatan tiga buah elektroda.. Salah satunya adalah Jembatan Garam, yang berfungsi menghubungkan lingkungan fluida di dalam test section yang bertemperatur dan bertekanan tinggi dengan lingkungan pengukuran elektroda reference CMSIOO yang bekerja pacta kondisi atmosfIf [2]. Dalam Jembatan Garam ini, di tengah-tengahnya terdapat lubang kapiler berdiameter 0,5 Inm. Di dalam lubang kapiler tersebut berisi KCI jenuh yang berfungsi sebagai konduktor listrik. Ada dua fungsi penting KCI yaitu memindahkan suasanadalam ruang antaraspesimen uji dan ujung Jembatan Garam sehingga dapat terukur oleh elektroda acuan (reference) serta sebagai penghantar listrik untuk memberikan beda potensial ke spesimen uji sehingga beda potensial antara spesimen uji daD elektroda acuan {reference) dapat divariasikan. Karena terjadi beda potensial maka spesimen uji akan terpacu untuk terkorosi. Proses korosi yang terjadi ini akan melepaskan elektron sehingga menimbulkan arus korosi. Arus korosi akan diukur oleh CMSIOOmeialui elektroda bantu (counter). Pada waktu beroperasi, Jembatan Garam ini hams mampu bertahan pada tekanan 66 bar daD temperatur 270 DC, yang merupakan kondisi aliran sekunder test section Untai Uji Korosi. Spesimen uji akan diletakkan dalam test section dapat berbentuk tabling (tube) daD atau material yang telah dibuat dengan spesifIkasi tertentu. Karena korosi yang terjadi dipacu dengan pemberian beda potensial
Sriyono,dkk.
maka letak ujung Jembatan Garam, spesimen uji dan elektroda bantu harus sedekat mungkin. Selain itu potensial yang diukur harus selalu meliputi beda potensial yang melalui elektrolit dalam ruang antara elektroda kerja dan elektroda acuan. Desain Jembatan Garam dipergunakan untuk pengukuran laju korosi pada suhu dan temperatur tinggi. Oleh karena itu Jembatan Garam tersebut harus mempunyai sifat bahan yang dipakai tidak terkorosi, mampu sebagai isolator listrik, dan mempunyai kekuatan serta ketahanan terhadap tekanan dan temperatur tinggi. Data yang diambil pada pengukuran laju korosi dengan CMSIOO hams benar-benar dari spesimen uji, oleh sebab itu bahan-bahan ataupun elektroda yang dipakai pada jembatan garam harus mempunyai kecepatan atau laju korosi yang lebih lambat daTi spesimen uji atau tidak terkorosi. Apabila bahan-bahanyang dipakai sebagaielektroda adalah bahan yang mudah terkorosi maka data yang didapat dalam pengukuran tidak akan sahib {valid}, artinya terjadi kerancuan yang dapat dikatakan sebagai derau laju korosi.
Elektrolit yang dipakai sebagai penghantar ams pada Jembatan Garam adalah KCI. Oleh sebab itu Jembatan Garam ini juga hams mampu memberikan kontak KCI yang ada pada kotak penampung KCI dengan fluida yang terdapat di dalam test section untuk dihubungkan Qengan kabel elekroda kalomel jenuh CMSIOO. Karena test section beroperasi pada tekanan tinggi maka jembatan garam ini hams mampu mereduksi tekanan dari 66 bar ke tekanan atmosfir. Agar tekanan dapat terreduksi maka lubang KCI dibuat sekecil mungkin tetapi masih tetap untuk memberikan kemudahan adanya kapilaritas KCI daD penginjeksiannya. Rancangan Jembatan Garam terdiri dari 3 bagian yaitu Kepala Jembatan Garam (KJG), Silinder penampung KCI jenuh, daD Ujung Jembatan Garam (VJG). Keseluruhan desain dari Jembatan Garam ini dapat dilihat pada Gambar 3, Gambar 4 daD Gambar 5. Gambar 3 adalah desain Kepala Jembatan Gararn (KJG) yang terbuat dari bahan pyrex dengan diameter lubang kapiler 0,5 mrn. Dipilihnya bahan pyrex, karena bahan ini tahan terhadap suhu tinggi daD tidak mengalami deformasi bentuk pada suhu yang tinggi pula. Gambar 4 adalah penjepit KJG yang terbuat daTi bahan baja nirkarat. Untuk menahan tekanan yang tinggi maka penjepit ini didesain dengan tutup baut berulir. Sedangkan untuk menghindari kontak langsung badan (body) penjepit dengan gelas pyrex maka pada waktu pemasangan pyrex sebelumnya diberi sealer atu isian silikon adhesif.
Gambar2. Desainpenggabungan CMS I 00 dengan testsectionUntai Uji Korosi Prinsip pengukurankorosi denganCMSI 00 adalah dengan memberikan beda potensial pada spesimenuji kemudianmengukurarus korosi yang terjadi. Oleh sebab itu, material JembatanGaram harus mempunyaisifat sebagaibahanisolator listrik untuk mencegahadanya hubungan listrik antara spesimendenganbadan(shell) Untai Uji Korosi. Jembatan Garam akan menghubungkan daerah yang mempunyai temperaturdaD tekanan tinggi dengandaerah yang mempunyaitemperatur daD tekananatmosftr. Oleh sebabitu bahanyang dipakai untuk pembuatanJembatanGaram harus mampu mengantisipasi adanya perubahanperubahanakibat efek panasataupunefek tekanan. Artinya, bahan yang dipakai untuk pembuatan jembatan garam harus mempunyaikekuatanyang tinggi, tidak rusak atau mengalamideformasiatau perubahanbentuk akibat temperatur daD tekanan yang tinggi tersebut. Sriyono, dkk,
Sedangkan Gambar 5 adalah Ujung Jembatao Garam (UJG), yang terbuat daTibahanpyrex. Antara KJG dengan UJG dihubungkan oleh pipa kapiler terbuat dari bahan teflon dengan diameter dalam 0,5 mm. Di tengah-tengah penghubung ini terdapat silinder penampungan KCI jenuh, yang setiap saat dapat diisi kembali dengan larutao KCI apabila diperlukan. Untuk mereduksi tekanan maka di bagian dalam silinder penampung ini terdapat membran selulosa yang berfungsi mereduksi laju alir KCI daD juga mereduksi tekanan yang datang daTiarab test section. Sedangkan untuk penempatan elektroda counter daD elektroda spesirnen dirancang dalam satu Paket Counter-Spesimen (PCS) seperti terlihat pada Gambar 6. Dalam perancangannya PCS ini terdiri daTidua lubang dengan diameter 6 mrn. Pada bagian bawah lubang terdapat baut untuk mereduksi tekanan daD menahan gasket atau graf oil sehingga kekuatannya terjamin. Kedua lubang ini masingmasing akan dirnasuki oleh Platina dengan diameter I mrn. Platina ini dipilih karena tidak mudah terkorosi daD mempunyai sifat yang inert (tidak berekasi dengan zat yang lain).
ISSN0216-3128
ProsidingPertemuandan PresentasiItmiah P3TM-BATAN.Yogyakarta14-15 Juti 1999
293
Buku I
Garnbar 3. Desain Kepala Jembatan Gararn
Gambar5. DesainUjung JembatanGaram(UJG) Pada waktu pemasanganPlatina, terlebih dahuludipasanggasket"tombo" denganlobang di tengahnya.Diameter luar gasket "tombo" adalah 5mm dan diameterlubangtengahnyaI rom. Gasket ini terletak di atas baut bagian bawah. Selain berfungsiuntuk mereduksitekanan,gasket ini juga berfungsiagarPlatina tetapdi posisitengahlubang. Setelah gasket terpasang,kemudian lubang diisi dengangasketgrafoi! serbuksambilditekan.Setelah penuhmakabagian ataSlubang ditutup lagi dengan gasket"tombo" sepertipadabagianbawah. Setelah itu Platinadibengkokkankesampingmelalui lubang pada pipa penekan. Untuk "memperkuatgasket grafoi! maka diataSpipa penekan dipasang baut, yang apabila diulir akan menekangrafoi! sehingga tidak terjadi kebocoran.Dipakainya gasket grafoil ini karena mempunyaisifat sebagaiisolator listrik, D:ludahdibentukdantahanpadasuhutinggi. Untuk mengetahuiapakah kedua elektroda Platina ini terjadi hubunganlistrik atautidak dengan body (st&in!esssteel) maka dilakukan pengukuran dengan Ohmmeter. Hasil pengukuran diketahui bahwa temyata tidak ada kontak atau hubungan listrik antarabodydenganplatina-platinatersebut. Gambar 4. Desain Penjepit Kepala JembatanGaram.
ISSN0216-3128
CO_:
~ AI,I, Sriyono, dkk.
~w~~ ~
294
ProsidingPertemuandan PresentasiIlmiah P3TM-BATAN,Yogyakarta14 -15 Juti 1999
Buku I
-_'..n ". B i(l~i
PembuatanJembatan Garam daDpenempatan Elektroda Counter-spesiinen.
JB
L._~: ;.-
~!Jl
\f
[I!fE
,...I fII:::!CII
"'L.
'.:!
._L A
~
-.,'
_0-0
-
~ -.,'
_t-t
j
.,'
0
0
'-y- ' J
I
Bahan keramik, mampu sebagai isolator, mempunyaiketahananterhadappanas daD tekanan tinggi, tetapi bahan ini sukar dibentuk, terutama untuk pembuatanlubang kapiler. Disamping itu bahan keramik juga mempunyai sifat yang getas ataubrittle.
rr~Tln' I fi I ~ I, i:
i: i: i: i:
, .r
L...!.!
Telah beberapa kali dilakukan pembuatan daD pengujian material jembatan garam yaitu menggunakan bahanteflon, keramikdaDpyrex. Dari ketiga material tersebut gelas pyrexlah yang memenuhi beberapa persyaratan untuk desain j~mbatan garam. Bahan teflon, mudah dibentuk, mampu sebagaiisolator listrik, tetapi tidak tahan padasuhudiatas270°C. Disampingitu pula,apabila bahan teflon ini terkena efek panas yang terlalu lama, maka akan mengalamaidefonnasi bentuk. Setelah mengalami defonnasi, bahan teflon tidak mudahlagi untuk kembalike bentuksemula.
, \
_D-D
Gambar 6. Desain penempatanelektroda counterspesimen Tabel1. Hasil pengujianJembatanGararndan ElektrodaCounter-Spesimen denganAutoclave Jam Suhusetpoint Suhuterukur EkDerimen (OC) (OC)
Sriyono,dkk.
~an-:
Tetesankapiler
Keterangan
terukur(bar)
ISSN0216-3128
ProsidingPertemuandan PresentasiIlmiah P3TM-BATAN;Yogyakarta14 -15 Ju/i 1999 Sedangkan bahan pyrex, mempunyai persyaratan antara lain: mampu sebagai isolator listrik, mempunyai ketahanan terhadap temperatur daD tekanan tinggi, serta mudah dibentuk. Selain ketiga hal tersebut, bahan pyrex juga transparan (bening) sehingga pada waktu melakukan pengisian KCl maka dengan sangat mudah untuk mendeteksinya, kapan lubang daD penampung kapiler telah penuh dengan KCl jenuh. Pengujian JembatanGaram daDElektroda CounterSpesimen Untuk mengetahui karakterisasi Jembatan Garam dan Elektroda Counter-Spesimen maka dilakukan pengujian dengan Autoclave. Rangkaian alat pengujian dapat dilihat pada Gambar I. Autoclave dipanaskan dari suhu kamar sampai dengan suhu setpoint yang diinginkan, kemudian diamati tekanan yang terjadi serta kekuatan elektroda dan laju tetesankapiler. Karena diuji pada temperatur daD tekanan tinggi maka banyak hal yang hams diperhatikan, terutama menyangkut pamasangan gasket, sealer dan baut. Seringkali kebocoran terjadi dikarenakan gasket sudah aus atau kurangnya pengencangan
BukuI
295 -/J
SARAN Pengujian elektroda-elektrodaCMSIOO ini masih hams dilakukan lagi terutama untuk pengecekanhasil yang didapat. Hasil pengukuran laju korosi dengan menggunakan elektrodaelektrodaini hamsdivalidasikeakuratannya.
DAFT AR PUST AKA I.
2.
Dari basil pengujian dengan Autoclave diketahui bahwa Jembatan Garam, daD elektroda Coullter-Spesimen mampu bertahan pada tekanan 90 bar daD temperatur 280 °C. Kondisi ini telah memenuhi persyaratan pada kondisi sekunder test section Untai Uji Korosi. Dari basil pengujian dapat diketahui pula bahwa tetesan kapiler daTi Jembatan Garam adalah 4 tetes per 1 jam. Dengan laju tetesan kapiler yang sangat kecil ini diharapkan KCI jenuh yang ada pada silinder penampung dapat bertahan lebih lama. Dari Tabell juga dapat diketahui bahwa bahan platina, pyrex ataupun stainless steel tahan pada suhu tinggi.
KESIMPULAN Dari basil pengujian JembatanGaram dan elektrodaCounter-Spesimen, dapatdiketahuibahwa kedua paket rancangan dan fabrikasi ini, telah mampu memenuhipersyaratanuntuk layak dipakai pada pengukurankorosi di test section Untai Uji Korosi. Kondisi pengujianyang telah dicapaiyaitu padatekanan90 bar dan temperatur280°C. Hal ini telah sesuaidengankondisi bagian sekunderUntai Uji Korosi yang bertekanan66 bar dan temperatur 270 °C. Kapilaritas daTi Jembatan Garam menunjukkanlaju yang sangatkecil yaitu 4 tetesper jam, sehingga KCI jenuh yang terpakai dapat bertahanlebihlama. ISSN0216-3128
, CMS 100 Framework Operator's Manual, Gamry Instruments,Inc, USA, 1994.
3. CHAMBERLAIN J, TRETHEWEY K. R., Korosi Untuk Mahasiswadan Rekayasawan, Grarnedia,Jakarta1991. 4.
FONTANA, MARS G., Corrosion Engineering,Second Edition, Mc. Graw Hill Book Company,1987.
5
UNDERWOOD A L, Analisa Kimia Kuantitatij; edisi kelima, Erlangga, Jakarta, 1989.
baut-bautnya. Hasil pengujian Jembatan Garam dengan Elektroda Counter-Spesimen dapat dilihat pada Tabell.
, Primary Loop,Ansaldo,Italia 1987.
TANYAJAWAB Subari Santoso *
Penulis menjelaskanbahwa CMS beroperasi pada suhu kamar padahal eksperimenyang dilakukanpadasuhuclantekanantinggi, mohon klarifikasi lebihbaik.
*
Apakah penulis yang lain sebaiknyamembuat tulisan lain dengantinjauanyang berbedadaTi padasatutulisan untuksembilanpenulis.
Sriyono * CMS 100 dapat pula pada dioperasikannya pada suhu tinggi, tetapi karena larutan pengukurannyapada tekanan hanya sampai pada 70 DC,di alas suhu tersebutlarutan akan mengalamipenguapan. * Penulislain memangseharusnya juga meninjau dari proses yang lain, tetapi tergantung dari keinginannya masing-masing,penulis lain diikutkan karena merupakan satu tim penelitian,terima kasih.
Sriyono,dkk.
