METODE PENCEGAHAN FATIQUE DAN KOROSI PADA INSTALASI FLUIDA BERTEKANAN TINGGI AKIBAT DINAMIC STRAIN Oleh: Bambang Sugiantoro Dosen dan Praktisi Teknik Mesin ABSTRACT “Corrosion is the deterioration of substance, ussually a metal, or its propertis because of a reaction with its environment” according to NACE (National Association Of Corrosion Engineer) we need more than knows about corrosion but should know how to minimize and protect our equipment from defect. One of coused of defect naturally is corrosion, its caused shorten time of use, metal fatique and decrease productifitions, one of system industries have use many equipment caused of corrosion is PLTG, PLTU, and Other that environment situation and air contined corrosion agent, corrosion flow fluid with high temperature and presure is cavitation and corrosion, kinetic energy of fluid will damage part in second, cycle of water hamer as long as will cause its, that’s be anodic and easy to attack from erosion, its named corrosion by dinamic strain. Heat Excanger is one of main equipment that support and influence performance of system, protecting heat exchanger from corrosion will influence time of use, and increasing net work of system. fatique corrosion was cracking of metal by strain dynamic, cycle of strain will make material faster for fatique material, and in use for long time will up to limit of strength (endurance limit/Fatigue limit). Keywords: Heat Exchanger, Corrosion, Water hammer, Dynamic Strain, Fatique
PENDAHULUAN Secara umum kita telah mengetahui sepintas lalu bahwa karat itu ada dan bahwa serangannya dapat merusak benda berupa metal milik pribadi kita maupun milik pemerintah, namun pemilik yakin bahwa sebagian besar pembaca belum mengetahui secara mendalam tentang apa dan bagaimana proses terjadinya karat serta seberapa jauh tingkat kerusakan yang diakibatkan oleh serangan karat secara kuantitatif. karat didefinisikan sebagai suatu proses elektro kimia. Saat ini diketahui bahawa ada pula proses pengkaratan yang mekanismenya belum dapat dijelaskan secara pasti, misalnya karat pelarutan selektif, atau yang mekanismenya merupakan gabungan antara proses karat dan fisik, misalnya karat kelelahan yang lazim disebut corrosion fatique, serta proses pelapukan pada benda padat non metal, maka sebaiknya kita namakan saja, bahwa karat terjadi dimana saja pada bahan apa saja. Hingga saat ini diperkirakan terdapat sekitar 57 jenis pengkaratan yang terjadi dipermukaan bumi yang dikenal manusia.Hingga kini dikenal sebanyak 105 jenis elemen, yang 80 diantaranya berupa bahan logam. Setiap jenis logam tersebut mempunyai sifat kimiawi fisik dan mekanik yang berbeda. Keseluruhan jenis logam tersebut diatas tidak ada yang kebal terhadap semua jenis karat, masing-masing logam memiliki kelebihan dan kelemahan terhadap jenis karat tertentu, misalnya logam almunium tahan terhadap karat atmosfer namun tidak tahan terhadap karat merkuri (air raksa). Logam yang sangat mulia seperti seperti emas dan platina yang kebal terhadap sebagian besar karat, akan menyerah pada bromine basah, atau pada karbon tetraklorida konsentrasi 60% ke atas. 25
DAMPAK KOROSI Sekedar ilustrasi bahwa tidak jarang bis malam atau truk pengangkut barang berat, kehilangan kendali karena rem blong akibat pipa hidrolisnya bosor dimakan karat, kapal yang sarat penumpang dan barang, tenggelam karena pelatnya bocor akibat serangan karat, atau pesawat tidak dapat/gagal mendarat akibat landing gearnya tidak berfungsi akibat sistem hidrolisnya bocor dimakan karat, dan lain-lain. Semua jenis kecelakaan ini jelas menimbulkan kerugian materi yang sangat besar dan korban jiwa, raga dan moril yang jelas tidak dapat dinilai dengan uang. Jika kerusakan telah terjadi, maka akan terjadi hal-hal sebagai berikut: 1. Kerusakan yang mendadak belum tentu dapat di antisipasi oleh keberadaan/ketersediaan suku cadang atau komponen pengganti di gudang sehingga menimbulkan masalah logistik yang berakibat lebih lamanya unit operasi terkendala. 2. Kerusakan yang mendadak belum tentu dapat di antisipasi oleh kesimpulan dan ketrampilan sumber daya manusia untuk menanggulanginya, apalagi untuk jenis-jenis pekerjaan yang menuntut keahlian khusus. 3. Kerusakan mendadak menyebabkan terkendalanya operasi untuk jangka waktu yang tidak dapat ditentukan, kecuali apabila terdapat unit cadangan yang selalu siap beroperasi, menggantikan unit yang rusak. 4. Kerusakan dapat menyebabkan kecelakaan kerja yang menimbulkan korban raga maupun jiwa. 5. Kerusakan dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Di Indonesia, secara kuantitatif belum pernah dihitung jumlah kerugian akibat serangan karat, maka dapat diambil sebagai gambaran bahwa di Amerika kerugian akibat serangan karat mencapai 15 miliar dollar per tahun atau sekitar 15 triliun rupiah kalau 1 dollar AS diapresiasi Rp. 10.000,00. Jika jumlah kerugian akibat serangan karat di Indonesia sebesar kira-kira 10% dari kerugian Amerika, maka jumlahnya mencapai Rp. 1,5 triliun. Jumlah ini belum mencakup: kehilangan jam produksi, ganti rugi kerusakan, klaim-klaim, biaya perbaikan dan lain-lain. Minimalisasi karat, akan dapat mencegah terjadinya: kecelakaan kerja, pemborosan, pencemaran lingkungan dan kurangnya keandalan peralatan produksi sehingga waktu berproduksinya rendah dan kehilangan waktu akibat terkendalanya produksi, tinggi. HEAT EXCHANGER Alat penukar kalor saat ini banyak di gunakan untuk berbagai keperluan teknik, pada otomotif misalnya radiator, intercooler yang memproses penukara panas pada dua fluida yaitu air dan udara, fungsi radiator secara teknis akan sangat berpengaruh terhadap efisiensi thermal dan produksi tenaga. Pada Pembangkitan heat exchanger berupa shell and tube yang di buat dengan ukuran bervariasi bahkan sampai mencapai ukuran belasan meter dengan harga yang sangat tinggi, pemakaian system penukar kalor dapat di lihat pada boiler, condenser, super heater, air to aor cooler, dan banyak lagi peralatan lain yang menggunakan system penukar kalor Air yang dipakai pada boiler memerlukan persyaratan khusus, diantaranya mempertahankan kandungan fosfat dan nilai pH agar tidak terjadi kelebihan caustic (basa) di dalam air ketel. Konsentrasi basa yang berlebihan pada suhu air ketel (sekitar 260-3150C) dapat menyebabkan retak karat regangan (RKR) yang diawali pada celah-celah/ceruk-ceruk dimana Caustic dapat terkonsentrasi. Kandungan fosfat biasanya dikendalikan antara 100 hingga 300 ppm. Obyek terpenting yang diakibatkan dalam ketel uap tentang mesin tersebut adalah untuk memelihara suatu kwantitas suatu air pada suatu temperatur yang berlebihan, yang diakibatkan oleh proses pembakaran bahan bakar. Belum ada penemuan yang sedikit dapat 26
diterapkan dibanding satu atau dua tabung besar melintasi ketel uap, seperti di mesin/motor lokomotif yang paling awal. Uap air memadatkan dan air dipanaskan pada waktu yang sama. Di dalam pengaturan-pengaturan lain, cairan-cairan tak dapat dicampur satu sama lain atau gas-gas sampai cairan-cairan. Bagaimanapun, dinding antar membawa dengan mereka berbagai permasalahan. Pola alir sangat rumit dan hampir menantang analisa. Sangat banyak kekuatan cairan sisi kulit bocor melalui pelat buang di dalam arah di sekitar axis, atau itu bisa berendam dekat dinding. Di dalam kulit tertentu mengalirkan sekuritas di luar gaya-gaya getaran tidak diantisipasi` tabung-tabung boleh jadi banyak dari bentuk wujud aliran silang juga menggagalkan cairan agar supaya gerak itu ke seberang satu bundel tabung. Di dalam penukar-penukar lebih besar, terutama sekali di dalam shell dan tube bentuk wujud dan pemadat-pemadat besar, U adalah cenderung untuk berbeda menurut posisi di dalam penukar dan/atau dengan suhu lokal. Tetapi di dalam situasi-situasi di mana U secara wajar konstan, kita dapat berhubungan dengan bermacam-macam temperatur-temperatur arusarus cairan oleh menulis keseluruhan pemindahan kalor dalam hal dari satu perbedaan suhu rata-rata antara kedua arus-arus cairan: Q = UA ΔTmean Temperatur dari kedua-duanya arus-arus direncanakan Mengenali itu, di dalam bentuk wujud arus searah, temperatur-temperatur cenderung untuk ubah lebih dengan cepat dengan posisi dan lebih sedikit panjangnya diperlukan. Tetapi pengaturan arus yang berlawanan mencapai panas lebih lengkap secara umum menukar dari satu mengalirkan sampai yang lain. Hambatan aliran biasanya terjadi pada Celah-celah tersebut biasanya adalah celah antara Tube Hole pada Tube Sheet dengan dinding luar pipa yang dirolkan didalamnya atau pada sambungan tumpu (overlap) pada ketel kuno yang dikeling.
Gambar 2 Bentuk Umum penukar panas Akibat perbedaan tekanan dan temperatur, perubahan fase, dan pemipaan maka akan semakin memungkinkan terjadi kavitasi dan erosi, apalagi jika efek tekanan tingi juga menimbulkan getaran, maka selain unsur strain juga kemungkinan pengotoran dan korosi juga bisa terjadi secara bersama-sama. Keberadaan silika dalam air ketel yang bersifat basa (alkalin) di atas suhu 2250C mempercepat terjadinya RKR, sebaliknya pada suhu dibawah itu silica justru menghambat terjadinya RKR. Nitrat sejumlah yang sebanding dengan tingkat alkalinitas NaOH 20-40%, 27
jika diinjeksikan ke dalam air pada suhu di atas 2250C dan tekanan ketel uap, dapat menghambat RKR.Caustic Stress Corrosion Cracking (RKR Caustic) dapat pula terjadi pada baja Nir Noda, misalnya pada alat penukar kalori (Steam Generator). Operasi yang menggunakan air di dalam peralatan berbentuk pipa adalah sangat umum. Di samping kebanyakannya, transfer ciri-ciri dari air memisahkan itu dari semua fluida lain. Itu adalah korosif bagi baja, terutama sekali bila suhu dinding tabung adalah tinggi dan udara dihancurkan, dan banyak kilang yang industri menggunakan nonferrous tabungtabung eksklusif untuk jasa yang menyertakan air. Tabung-tabung nonferrous paling umum adalah markas besar angkatan laut, kuninga, dan tembaga, walaupun di dalam tempat-tempat tertentu ada satu pilihan untuk logam, aluminium perunggu, dan aluminium. Karena BafflesBaffles adalah pada umumnya membuat dari baja, air terbaik digunakan di dalam tabung. Bila mengalirkan di dalam tabung tidak bisa permasalahan dalam korosi kanal atau julang apung menutup, karena suku cadang ini sering dibuat dari baja cor atau besi cor. Benda cor adalah secara relatif pasif , dan bekal-bekal korosi besar di atas persyaratan-persyaratan struktural dapat disajikan dengan mudah oleh tempat pembuatan yang lebih berat. Helai-helai tabung bisa dibuat dari tumpukan - pelat baja dengan satu bekal korosi dari sekitar/18 di atas ketebalan struktural yang diperlukan atau dibuat dari aluminium atau kuningan kapal tanpa satu bekal korosi. Bila air bepergian pelan-pelan melalui suatu tabung dan kotoran sebagai hasil mikro aksi organik bertahan pada tabung-tabung yang akan diangkut jika hasilnya lebih besar. Sebagai prakteknya penggunaan air pendingin pada percepatan-percepatan kurang dari 3 fps harus dihindarkan, walaupun di dalam tempat-tempat tertentu percepatan-percepatan minimum setinggi 4 fps diperlukan untuk operasi yang dilanjutkan. Dari faktor lain arti penting dipertimbangkan adalah pengendapan alat timbang mineral. Bila air dari rata-rata isi udara dan mineral dibawa untuk satu suhu lebih dari I20° F, itu ditemukan bahwa tabung menjadi berlebihan, dan untuk alasan ini satu suhu air lubang keluar di atas 320° F harus dihindarkan. Dalam suatu air – ke - air penukar dengan koefisien-koefisien film yang individu berkisar antara 500 sampai 1500 untuk kedua tabung dan Baffles, pemilihan baik buruknya soal faktor kotoran yang diperlukan penilaian serius. Sebagai suatu contoh, jika koefisienkoefisien film 1000 diperoleh di samping tabung dan Baffles, hambatan yang dikombinasikan adalah 0.002, atau Uc = 500. Jika suatu faktor dari 0.004 diperlukan, faktor menjadi mengendalikan hambatan. Bila faktor adalah 0.004, UD harus kurang dari 1/0.004 atau 250. Koefisien-koefisien tinggi kapan saja ada timbal balik penukar, penggunaan dari suatu faktor pencemaran tak penting besar harus dihindarkan. Heat Exchanger Dengan Koreksi Viskositas Karena memanaskan atau pendinginan mengalir, penggunaan dari Gambar. 24 dengan nilai anggapan dari (μ/μw) 0,14 = 10 juga mengasumsikan satu deviasi fluida yang mudah dari aliran isotermal. Koefisien Transfer suhu dinding pipa berbeda dari suhu berkenaan dengan panas yang mengendalikan fluida dan mengendalikan fluida adalah merekat, nilai aktual dari Ø = yang harus diperhitungkan. Untuk meliputi koreksi, tw bisa ditentukan oleh Eq. (5.31) atau dengan (5.32) dari nilai-nilai yang belum dikoreksi dari ho/Øa dan hio/Øpi, yang kemudian mengoreksi maka oleh perkalian oleh Øa dan Øp berturut-turut. Dimana koefisien-koefisien yang dikoreksi Ø ≠ 1.0 adalah. ⎛h ⎞ ho = ⎜⎜ o ⎟⎟ Φ a ⎝ Φa ⎠ ⎛h hio = ⎜ io ⎜Φ ⎝ p
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
Φp
28
Dengan cara yang sama selama dua hambatan secara urut memanfaatkan koreksikoreksi viskositas untuk deviasi dari isotermal membersihkan keseluruhan koefisien lagi. hh Uc = 1 io hio + ho Koefisien Film Untuk Fluida Di Dalam Pipes dan Tubes. Untuk memanaskan beberapa minyak dalam suatu pipa yang didasarkan pada data dari Morris dan Whitman. Sieder dan Tate' yang dibuat satu korelasi kemudiannya kedua-duanya memanaskan dan mendingin sejumlah fluida terutama pecahan-pecahan minyak bumi, di dalam tabung-tabung dan horisontal dan tiba di satu persamaan untuk dimana aliran bergarisalir DG/μ < 2100 , 0.14
1/ 3
1/ 3
0.14
hi D ⎡ DG ⎤⎛ cμ ⎞⎛ D ⎞ ⎛ μ ⎞ ⎛ 4 wc ⎞ ⎛ μ ⎞ ⎟⎟ ⎟⎟ = 1.86 ⎜⎜ ⎟⎟ ⎜⎜ = 1.85 ⎢ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜⎜ ⎥ k ⎣ μ ⎦⎝ k ⎠⎝ L ⎠ ⎝ μ w ⎠ ⎝ μ kL ⎠ ⎝ μ w ⎠ di mana L adalah panjangnya total - memindahkan lintasan sebelum mencampur terjadi, dengan penyimpangan maksimum kira-kira ± 12 persen dari Re = 100 sampai Re = 2100 kecuali air. Di luar alihan mencakup, data bisa diperluas sampai aliran turbulen dalam yaitu; 0.8
hi D ⎡ DG ⎤ ⎛ cμ ⎞ = 1.027 ⎢ ⎥ ⎜ ⎟ k ⎣ μ ⎦ ⎝ k ⎠
1/ 3
⎛ μ ⎜⎜ ⎝ μw
⎞ ⎟⎟ ⎠
0.14
Persamaan memberi penyimpangan maksimum kira-kira + 15 dan -10 persen untuk Bilangan Reynold di atas 10,000. Pipa-pipa adalah lebih kasar dibanding hasil dan tabungtabung lebih untuk musim panas Reynolds sama. Koefisien-koefisien menghitung dari korelasi-korelasi data tabung adalah benar-benar rendah dan dibanding kalkulasi-kalkulasi bersesuaian yang didasarkan pada data pipa dan di sana adalah tidak ada korelasi-korelasi pipa di dalam literatur sangat luas ketika korelasi tabung. Fluida yang Mengalir di dalam Annuli : Diameter yang sejenis. Bila satu aliran zat cair dalam suatu konduit mempunyai selain dari satu lingkar, seperti satu anulus, itu adalah menyenangkan untuk menyatakan koefisien pindahan kalor dan factor gesek oleh tipe-tipe yang sama dari persamaan-persamaan dan membengkok digunakan untuk tabung-tabung dan pipa-pipa. Untuk mengijinkan matriks untuk alih panas anulus itu jenis ini telah ditemukan menguntungkan untuk mempekerjakan satu diameter ekuivalen D. Diameter yang sejenisnya adalah empat kali dan pada gilirannya, jari-jari dari satu pipa setara dengan anulus. Diperoleh ketika rasio mengalirkan daerah untuk perimeter yang dibasahi. Karena satu fluida yang mengalir di satu anulus seperti yang ditunjukkan di dalam mengalirkan daerah adalah dengan jelas (μ/4) (D2 - D1) tetapi perimeter-perimeter yang dibasahi untuk penurunan tekanan dan berbeda. Karena alih panas perimeter yang dibasahi adalah keliling luar pipa yang bagian dalam dengan diameter Dl, dan untuk alih panas di dalam annuli. Di dalam kalkulasi-kalkulasi turun tekanan gesekan tidak hanya diakibatkan oleh hambatan pipa luar tetapi adalah juga terpengaruh oleh permukaan luar pipa yang bagian dalam.
29
Gambar 3 Profil pipa dan gaya-gaya yang terjadi Area total membasahi perimeter adalah (D2 + D1), dan untuk penurunan tekanan di dalam annuli ini memimpin ke arah hasil bahwa Bilangan Reynold untuk yang sama mengalirkan kondisi-kondisi, w, G, dan µ adalah berbeda untuk penurunan tekanan dan alih bahang karena D, kekuatan untuk adalah di atas 2100 selagi D; adalah di bawah 2100. Benarbenar kedua-duanya Bilangan Reynold harus dipertimbangkan hanya perkiraan-perkiraan, karena pembedaan jelas antara aliran turbulen dan garis alir pada Bilangan Reynold dari 2100 adalah bukan sempurna dengan sepenuhnya di dalam annuli. Kondisi di atasmenjadi suatu aturan dasar yang di pakai untuk meminimalisasi terjadinya beben dinamis pada suatu instalasi tertutup. Serangan Karat akibat Gores Pisau Karat ini adalah sejenis pembusukan las (weld decay) yang kadang-kadang terjadi pada material Austenitic Stainless Steel yang telah distabilitasi. Lokasi serangan pada batas antara bahan las dan bahan dasar dan bentuknya sangat sempit namun cukup dalam. Knife Line Corrosion ada hubungannya dengan terbentuknya karbida kompleks pada suhu mendekati titik lebur atau dipengaruhi dengan adanya fase dengan titik lebur rendah pada bahan dasar dekat las yang menyebabkan serangan karat galvanis yang bersifat lokal. Gambar 65 menggambarkan karat gores pisau pada bahan baja Nir Noda tipe 316. BERBAGAI JENIS SERANGAN KARAT PADA PIPA DAN BOILER Kegagalan metal pada ruang radian (Radiant Chamber) Radiant Chamber adalah ruang pemanas untuk memanaskan air dengan mempergunakan api langsung (api dapat berasal dari kayu, batu bara ataupun minyak bumi). Kegagalan sering dialami pada ketel tipe pipa air (water tube type boiler) terutama pada pipa airnya baik dari dalam maupun dari luar. Serangan dari luar biasanya berupa overheating (pemanasan lebih) yang disebabkan oleh terbentuknya lapisan kerak didalam pipa yang lazim disebut batu ketel yang biasanyaberupa senyawa kalsium.Hal ini terjadi karena air ketel tidak atau kurang di treat (diolah) terlebih dahulu. Karena tebalnya kerak didalam pipa air, dinding pipa tersebut tidak cukup mendapat pendinginan dari air sehingga materialnya terpanggang panas langsung yang suhunya berkisar antara 6500c hingga 7500C. Jika dipanaskan terus menerus pada suhu ini sementara didalam pipa terdapat air yang bertekanan tinggi maka bagian yang mengalami pemanasan lebih akan melemah dan mengembung untuk selanjutnya pecah.
30
Serangan karat pitting (sumuran) pada permukaan sebelah dalam pipa air Boiler Pitting di dalam pipa air ketel dapat disebabkan oleh sel karat perbedaan konsentrasi oksigen , kandungan oksigen itu sendiri (yang mekanismenya akan dijelaskan di bawah ini), serangan karat akibat unsur tembaga yang terdeposisidi permukaan sebelah dalam pipa akibat proses reduksi dari tembaga yang larut atau oksida tembaga oleh hidrogen, atau oleh alkalinitas hidroksida yang berada dalam air ketel. Gelembung udara yang menempel pada permukaan metal menciptakan sel perbedaan konsentrasi oksigen/bagian yang berhubungan langsung dengan gelembung oksigen menjadi katodik dan bagian yang tidak terkena oksigen menjadi anodik, terjadilah pengkaratan pada perbatasan air dan oksigen yang mengelilingi daerah katoda namun, ketika gelembung udara pecah dan larut dalam air tinggal tersisa produk karat dikelilinggi katoda tadi, yang dengan hilangnya gelembung oksigen, justru daerah yang berkarat tadi menjadi katoda, dan daerah yang tadinya katoda menjadi anoda. Maka terjadilah sel korosi yang berbeda dengan yang awal dan akhirnya menghasilkan sumuran/pitting. Peristiwa ini terjadi pada saat ketel dihentikan (shut down), sedangkan kandungan oksigen didalam air ketel berlebihan. Pitting terutama terjadi pada daerah sekitar las. Serangan pitting ini diperkirakan terjadi dalam kondisi pH air antara 8 dan 10 Pitting karena endapan tembaga Biasanya alat pemanas air keteluntuk bahn tubenya terbuat dari paduan cupro nikel 70-30, 80-20 atau 90-10.Zat tembaga yang terlarut di dalam air atau berupa oksida akan sangat berpengaruh terhadap serangan karat pitting karena zat-zat tadi tereduksioleh hidrogen menjadi metalic copper (metal tembaga) yang terdeposisi pada permukaan metal.Sebagai hasil proses pitting, gas hidrogen dihasilakan didalam pityang sekaligus mereduksi zat tembaga yang terlarutdi air menjadi deposit tembaga di dalam pit dan lazim disebut deposit “Spectator”. Deposit tembaga ini sedikit berpengaruh pada kelanjutan proses pengkaratan tersebut. BEBERAPA PENYEBAB CORROSI PADA INSTALASI TERTUTUP Karat Kavitasi Apabila karena tingginya kecepatan cairan menciptakan daerah-daerah bertekanan tinggi dan rendah secara berulang-ulang pada permukaan peralatan dimana cairan tersebut mengalir, maka terjadilah gelembung-gelembung uap cairan pada permukaan tersebut, yang apabila pecah kembali menjadi cairan manimbulkan pukulan pada permukaan yang cukup besar untuk memecahkan film oksida pelindung permukaan tadi. Akibatnya bagian permukaan yang tidak telindung tersebut akan terserang karat karena daerah tersebut menjadi anodic terhadap bagian yang terlindung (sel karat lapisan permukaan). Karena berkarat maka bagian tersebut akan kehilangan massa dan menjadi takik. Takik-takik tersebut akan bertambah dalam karena permukaan di dalam takik tidak sempat membentuk film pelindung karena kecepatan cairan yang tinggidan proses kavitasi yang berlangsung berulang-ulang.
31
Gambar 3. Lube Oil Cooler Yang terkena korrosi Akan halnya pompa pusingan sebaiknya diletakkan pada posisi tekanan head setinggi mungkin yang dapat dicapai untuk menghindari terbentuknya gelembung-gelembung uap dari cairan yang dipompa. Cara pelapisan permukaan peralatan dengan Elastromer Coating seperti karet, neoprene atau sejenisnya dapat mengurangi jenis serangan karat ini. Penyebab terbentuknya gelembung-gelembung uap cairan adalah turbulensi cairan di permukaan metal, atau suhu yang menyebabkan tekanan cairan pada suatu tempat (local zone) jatuh di bawah tekanan uap cairan. Hal ini biasanya terjadi di belakang propeler kapal, sudusudu turbin air, pipa dengan aliran tinggi di dalamnya atau pada sayap yang terendam air dari pesawat Hidrofoil. Karat Erosi Erosi adalah kerusakan permukaan metal yang disebabkan oleh aliran fluida yang sangat cepat. Proses erosi dipercepat oleh kandungan partikel padat dalam fluida yang mengalir tersebut, atau oleh adanya gelembung-gelembung gas.Dengan rusaknya permukaan metal, rusak pula lapisan film pelindung sehingga memudahkan terjadinya karat. Kalau hal ini terjadi maka proses ini disebut karat erosi. Erosi dapat pula terjadi kepada permukaan yang bergerak cepat, sementara fluida di sekitarnya mengandung partikel-partikel padat, misalnya impeller pompa sentrifugal yang memompakan fluida penuh dengan serbuk katalis atau bahan bubur (slurry).Untuk mengurangi pengaruh serangan karat erosi harus diambil langkah pencegahan karat sekaligus penanggulangan serangan erosi, misalnya melapisi permukaan metal dengan logam yang tahan karat sekaligus tahan erosi, atau keseluruhan peralatan terbuat dari bahan tersebut. Impingement Attack (Serangan Benturan Partikel) Serangan benturan partikal sebenarnya juga sejenis kavitasi dan lebih dikenal sebagai karat erosi yang bersifat lokal/setempat. Penyebabnya adalah aliran yang turbulen atau yang langsung membentur permukaaan metal (impinge). Gelembung-gelembung udara yang terperangkap didalam cairan, cenderung mempercepat serangan ini, demikian pula partikel-partikel padat. Jenis serangan ini biasanya terjadi pada pompa-pompa, keran (valve), orifice, pada tube alat penukar kalori dan pada elbow atau Tee dari perpipaan. Serangan benturan partikel ini biasanya memiliki ciri kerusakan permukaan setempat dengan bentuk keseluruhannya menuju satu arah. Alur-alur atau sumur-sumur yang terjadi cenderung mendalam pada satu sisi disebalik arah aliran sebagaimana sisi sungai yang tergerus aliran pada kelokan. Apabila suatu pipa dialiri cairan, maka ada kecepatan aliran yang kritis dimana jika lebih rendah dari 32
kecepatan aliran kritis tersebut tidak terjadi impingement attack, namun jika melebihi angka kritis tersebut, maka terjadi impingement attack. Biasanya serangan impingement dengan serangan kavitasi dapat terjadi secara bersamaan dan akibatnya merupakan perpanduan keduanya. Cara mengatasinya adalah dengtan menggunakan material yang tahan (resistant) terhadap serangan tersebut misalnya paduan tembaga nikel 70–30 yang mengandung 0,4-1.0 persen besi dapat menahan serangan impingement tersebut, demikian pula paduan Ti-6AL4V(Titanium Aluminium Vanadium). Corrosion Fatigue (Karat Kelelahan) Metal yang retak oleh adanya regangan yang terjadi bergantian atau berulang-ulang disebut gagal karena kelelahan (Fatigue). Makin besar regangan yang terjadi pada setiap cycle, makin cepat terjadinya kehgagalan tersebut. Kegagalan banyak terjadi pada daerah dimana cycle dan regangan berada diatas garis-garis lengkung yang teratas atau diatas endurance limit/Fatigue limit (batas kelelahan), dan tidak terjadi kegagalan jika cycle dan regangan berada dibawah batas kelelahan. Untuk baja, dan mungkin juga untuk logam lain, batas kelelahan yang sebenarnya berada kira-kira separuh dari kuat tarik. Untuk logam lain, “karat kelelahan” atau batas ketahanan (endurance limit) adalah suatu nilai regangan dimana nilai-nilai regangan dibawahnya tidak menyebabkan kegagalan didalam jumlah cycle tertentu. Frekuensi untuk penerapan regangan biasanya dicantumkan karena merupakan faktor yang mempengaruhi jumlah cycle yang menyebabkan kegagalan. Di dalam lingkungan yang korosif, kegagalan pada tingkat regangan tertentu terjadi hanya pada jumlah cycle yang lebih sedikit dan kelelahan yang sebenarnya tidak tampak lagi, dengan kata lain, kegagalan dapat saja terjadi pada nilai regangan berapa saja asalkan cyclenya cukup besar, Kegagalan yang terjadi karena kombinasi antara kelelahan dan karat disebut karat kelelahan (corrosion fatigue). Kerusakan akibat karat kelelahan biasanya selalu lebih besar dari jumlah kerusakan akibat karat dan kerusakan akibat kelelahan secara terpisah. Sifat retak karat kelelahan selalu transgranular Karat kelelahan yang hanya terjadi di detik titik-titik yang menderita beban, karat kelelahan terjadi karena dipacu oleh proses oksidasi, kegagalan yang berupa paduan antara pembentukan oksida dan kelelahan. Suhu yang paling memungkinkan untuk proses elektrokimia mencapai intensitas maksimum adalah 3000F, karena pada suhu diatas itu akan terjadi pembentukan oksida yang melindungi proses pengkaratan. Proses elektrokimiamenghilang pada 5000F. Pada pipa yang ditekuk dingin (cold bent), kegagalan terjadi apabila kelelahan dan regangan memecahkan film oksida pelindung permukaan. PENCEGAHAN KARAT AKIBAT STRAIN CYCLE Untuk menghindari akibat serangan berbagai jenis karat yang sangat merugikan tersebut di perlukan langkah-langkah pencegahan yang cukup mahal biayannya. Namun jika di banding dengan biaya dan pengorbanan lain jika serangan karat tidak di cegah atau dibatasi, maka kerugian akibat biaya pencegahan tersebut diatas menjadi hampir tidak berarti.Adapun beberapa prinsip pencegahan karat yang penggunaannya disesuaikan dengan jenis peralatan, tempat serta jenis lingkungan yang korosif. Sebagian dari prinsip pencegahan ini telah dikenal umum cukup lama misalnya pengecatan, pembalutan dan penggunaan material anti karat, namun ada pula prinsip pencegahan karat yang hanya dikenal oleh kalangan tertentu seperti misalnya perlindungan katodik dan atau anodik serta netralisasi zat koroden. Adapun pencegahan instalasi dari kemungkinan terjadinya cavitasi dan erosi, maka semua prinsip-prinsip yang meminimalisasi
33
terjadinya kavitasi, seperti penyempitan mendadak, pelebaran mendadak, mencegah terjadinya perubahan fase harus di terapkan dalam instalasi. Terbentuknya gelembung terjadi hanya dalam seper sekian detik (sangat singkat) di daerah turbulensi yang kemudian pecah kembali menjadi cairan karena tekanan yang terjadi di tempat tersebut. Sewaktu gelembung menghilang tersebut terjadilah tenaga kinetis yang sangat besar yang mirip tenaga tumbukan air (Water Hammer) yang cukup kuat untuk memecah film pelindung permukaan. Dapat dibayangkan bahwa terbentuk dan hilangnya gelembung ini terjadi sangat cepat, yakni dapat berjumlah lebih dari satu juta kali hanya dalam jangka waktu 1 (satu) detik, karenanya serangan kavitasi terjadi sangat cepat pula, misalnya untuk suatu propeller baru dari bahan coran aluminium magnesium dari kapal sepanjang 13 kaki, pada kecepatan 31 knots dapat terserang karat kavitasi hanya dalam waktu 15 menit.Strain Cycle akibat getaran dan water hammer harus di hindari, karena akibatnya akan memberi beban kejut secara kontinu, yang pada akhirnya akan membuat regangan material dan dalam jangka waktu lama akan menyebabkan fatique. Prinsip pencegahan ini dibidang apapun pasti lebih mudah dan lebih murah dibanding dengan tindakan represif (perbaikan atas kerusakan yang telah terjadi), karena tindakan represif mengandung beberapa kemungkinan yang dapat mengakibatkan kerugian yang jauh lebih besar dan fatal. Jadi pada korosi akibat beban kontinue aalah dengan meminimalisasi agar instalasi dan pengaturan kerja sistem tidak menyebabkan mudahnya fluida untuk berubah fase, loses yang tinggi, gesek fluida di perkecil, instalasi di buat dengan metode dan persyaratn teknis yang tinggi sehingga kecil kemungkinan terjadinya kavitasi dan erosi. KESIMPULAN Boleh dikatakan bahwa hampir tidak ada benda padat yang tidak dapat berkarat atau kebal terhadap serangan karat, masing-masing bahan memiliki kelebihan dan kelemahan terhadap jenis-jenis karat tertentu. Adapun cara yang terbaik untuk mencegah terjadinya serangan karat adalah dengan menciptakan suatu system yang menetralisir terjadinya proses pengkaratan, karat tidak hanya akibat proses kimiawi semata karat juga bisa di sebabkan akibat beban benturan terus menerus, yang di sebut dengan dinamic strain sehingga akan menyebabkan fatique pada bahan. Agar penanggulangan serangan karat dapat berjalan dengan lancar, maka diperlukan persiapan-persiapan yang matang yang antara lain adalah sebagai berikut: Sumber daya manusia yang handal (Corrosion Engineer), Sistem dan prosedur kerja pengawasan/monitoring bahaya serangan karat, yang baik dan baku., Dukungan fasilitas perusahaan yang memadai (peralatan, sarana dan lain-lain), Goodwill dari pimpinan perusahaan berupa daya tanggap dan kepedulian atas masalahmasalah kerusakan/kendala operasi yang disebabkan oleh serangan karat, misalnya berupa reaksi cepat atas laporan, penyediaan anggaran pencegahan dan fasilitas pendidikan bagi para personil yang bergerak di bidang pemantauan dan penanggulangan karat.
34
DAFTAR PUSTAKA •
Antoni Kohan L, Boiler Operation’s Guide, MC. Graw Hill USA, 1991
•
James Jackson, Steam boiler operations, principles and practice, Prentise hall, Inc, Eagle wood Chiff, New Jersey
•
Holman, Aliran kalor satu dimensi melalui pipa, Mc.Graw Hill, USA, 1995
•
John H Leinhard , Heat Transfer Text Book, , philogiston Press, 2006
•
Sri Widharto , Karat dan pencegahannya, Pradya Paramitha, 2004
•
Helmut Thielsch , Defect and Failure in pressure vesels and piping, Mc.Graw Hill, USA, 1995
35
