PENENTUAN KONSENTRASI OPTIMUM INHIBITOR ORTOFOSFAT (PO43-) UNTUK MENGHAMBAT LAJU KOROSI PADA STAGNAN SISTEM AIR PENDINGIN Idham Ibnu Afakillah *, Sutanto1, Ardian Prasetya2 1 2
Program Studi Kimia, FMIPA Universitas Pakuan, Jl. Pakuan PB 452, Bogor, Jawa Barat 16143
PT. Nalco International Indonesia (Ecolab Indonesia), Jalan Pahlawan, Desa Karangasem Timur, Citeureup, Kabupaten Bogor, West Java
[email protected]
ABSTRAK
PENENTUAN
KONSENTRASI
OPTIMUM
INHIBITOR
ORTOFOSFAT
(PO 43-)
UNTUK
MENGHAMBAT LAJU KOROSI PADA STAGNAN SISTEM AIR PENDINGIN . Analisis laju korosi pada PT. Nalco International Indonesia (Ecolab Indonesia), menggunakan metode kehilangan berat. Metode kehilangan berat memiliki hasil analisis yang optimal. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan konsentrasi optimum inhibitor ortofosfat dalam menghambat laju korosi yang terjadi pada stagnan sistem air pendingin. Penelitian ini diawali dengan pembuatan air simulasi untuk meniru kesesuaian kualitas air cooling water pada industri, dilanjutkan dengan penambahan inhibitor ortofosfat dengan variasi dosis 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm, 600 ppm. Selanjutnya plat besi yang sudah diketahui bobotnya dimasukkan kedalam larutan air simulasi, kemudian didiamkan selama 14 dan 28 hari. Selanjutnya dilakukan pengukuran parameter uji pada setiap 1 hari, 7 hari, 14 hari dan 28 hari. Parameter uji yang dilakukan meliputi: uji pH, konduktivitas, besi, ortofosfat, dan laju korosi. Hasil Penelitian menunjukkan bahwa pengukuran dengan metode kehilangan berat memiliki hasil yang optimal, semakin tinggi konsentrasi ortofosfat yang ditambahkan pada stagnan sistem air pendingin, maka semakin besar pembentukan lapisan pasif pada permukaan logam sehingga semakin efektif untuk menghambat laju korosi. Berdasarkan nilai laju korosi yang diperoleh, pencegahan laju korosi yang optimal terjadi pada hari ke 28 dan pada konsentrasi 600 ppm. Dari grafis yang didapatkan dapat dikatakan bahwa hubungan persamaan konsentrasi ortofosfat terhadap laju korosi memberikan efek yang baik pada pencegahan laju korosi dengan mengikuti persamaan y = 2,691e -8E-0x. Nilai laju korosi yang lebih rendah didapat pada konsentrasi 600 ppm dengan menghasilkan nilai laju korosi 1,593 mpy (miligram per year) sedangkan pada kontrol menghasilkan nilai laju korosi 2,636 mpy. Kata kunci: Air pendingin, inhibitor ortofosfat, laju korosi. pendingin akan mempengaruhi integritas komponen 1.
Pendahuluan
atau struktur reaktor, karena pada dasarnya air
Air pendingin merupakan salah satu jenis air yang
sebagai pendingin akan berhubungan langsung
diperlukan dalam proses industri. Kualitas air
dengan komponen atau struktur reaktor (Keister, 1
2
2008). Sistem pendinginan adalah suatu rangkaian
serangan korosi terhadap logam. Banyak senyawa
untuk mengatasi terjadinya panas yang berlebihan
kimia yang dapat digunakan sebagai inhibitor korosi,
(over heating) pada mesin agar mesin bisa bekerja
salah satunya adalah ortofosfat. ortofosfat merupakan
secara stabil. Pada sistem pendingin ini karena
inhibitor
permukaan logam selalu kontak dengan air maka
polarisasi anodik dan bersenyawa dengan ion Ca2+
korosi di sistem pendingin ini sering dikatakan
serta ion Zn2+ untuk membentuk lapisan film
sebagai korosi dalam air.
pelindung yang tidak larut dalam air pada permukaan
anodik
yang
mengeser
kurva-kurva
Dalam pembicaraan sehari-hari, korosi dikenal
logam. Penelitian ini akan mempelajari kemampuan
sebagai karat atau pengerakan yang biasa terjadi pada
ortofosfat sebagai inhibitor pada stagnan sistem air
hampir semua komponen yang apabila berinteraksi
pendingin.
dengan udara atau cairan yang korosif secara perlahan tetapi pasti akan mengalami degradasi mutu
2.
Teori
bahan. Pada dasarnya, logam yang diperoleh dari
Kata korosi berasal dari bahasa latin “corrodere”
alam berada dalam kedudukan energi yang tinggi,
yang artinya perusakan logam atau berkarat. Korosi
bersifat temporer, dan akan kembali ke lingkungan
adalah proses alamiah yang berlangsung dengan
alam sebagai mineral yang energinya lebih rendah.
sendirinya secara perlahan-lahan tetapi pasti sehingga
Proses kembalinya logam
inilah yang dikenal
tidak ada bahan material logam yang dapat berfungsi
sebagai proses korosi. Korosi merupakan proses alam
secara abadi. Dalam jangka waktu tertentu, akan
yang tidak dapat dihindarkan, namun dengan
mengalami kerusakan dan tidak berfungsi lagi,
teknologi yang berkembang pada saat ini korosi dapat
sehingga
dikendalikan dengan menghambat laju korosi yang
mengendalikan proses
terjadi sehingga kerugian akibat korosi dapat
kecepatannya, sehingga umur dari suatu material
berkurang.
logam bertambah panjang (Fontana and Norbert,
Masalah
korosi
yang
terjadi
pada
sistem
yang
dapat
dikendalikan
adalah
korosi atau mengurangi
1978).
pendingin ini mendapat perhatian serius dari pihak
Korosi dapat dikendalikan dengan berbagai cara
industri, karena banyak di temukan kerusakan
antara lain dengan pelapisan (coating), proteksi
signifikan yang di timbulkan oleh adanya korosi,
anodik maupun katodik, dan dapat pula dicegah
terutama jika media pendingin (air) dalam keadaan
dengan
stagnan. Pada kondisi tersebut korosi bisa terjadi
(Hermawan, 2007).
penambahan
suatu
inhibutor
korosi
dengan sangat cepat. Dengan adanya kerusakan-
Faktor utama yang mempangaruhi terjadinya
kerusakan ini, sistem pendingin tidak bisa bekerja
korosi adalah kondisi air pendingin, tetapi ada
secara optimal.
beberapa faktor lain yang mempengaruhi laju korosi,
Salah satu metode pengendalian korosi adalah
diantaranya:
dengan menambahkan bahan kimia yang berfungsi
1. Faktor gas terlarut
sebagai inhibitor. Inhibitor adalah suatu zat kimia
2. Faktor padatan terlarut
yang apabila ditambahkan dalam jumlah sedikit ke
3. Faktor temperatur
dalam lingkungan yang korosif akan menurunkan
4. Faktor pH
3
(Dalimunthe dan Indra, 2004).
Reaksi keseluruhan pada korosi besi adalah sebagai
Korosi yang terjadi pada logam tidak dapat dihindari,
tetapi
hanya
dapat
dicegah
dan
berikut: 4Fe(s) + 3O2(g) + 4H2O(ℓ) → 2Fe2O3.4H2O(s)
dikendalikan sehingga struktur atau komponen mempunyai masa pakai yang lebih lama. Metode yang
akan
dikembangkan
saat
ini
adalah
menambahkan bahan kimia yang berfungsi sebagai inhibitor (Setiadi, 2007). Inhibitor didefinisikan sebagai suatu zat yang apabila ditambahkan dalam jumlah sedikit ke dalam lingkungan yang korosif akan menurunkan serangan korosi terhadap logam. Menurut Marcus (2012) Mekaniksme korosi elektrokimia dapat ditinjau dari potensial standar (reduksi), dimana suatu logam yang
memiliki
potensial reduksi lebih rendah dibandingkan dengan potensial reduksi sistem memiliki kecenderungan spontan untuk beroksidasi. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi tersebut berlaku sebagai anoda, dimana logam terlarut dan bergabung bersama larutan, pada daerah anodik terjadi pelarutan atom-atom besi disertai pelepasan
Gambar 1. Mekanisme korosi pada logam besi (Oxtoby, et.al., 2001). Laju
korosi
merupakan
kecepatan
rata-rata
perubahan ketebalan atau berat dari logam yang mengalami korosi terhadap waktu melalui proses elektrokimia.
Laju korosi dapat diukur dengan
menggunakan metode kehilangan berat. Metode kehilangan berat adalah menghitung kehilangan berat yang terjadi antara berat awal dan berat akhir setelah beberapa
waktu
pencelupan
logam.
Metode
kehilangan berat dihitung dengan rumus:
elektron membentuk ion Fe2+ yang larut dalam air
W = (W0 – W1) + T
(mengalami oksidasi). Fe(s ) → Fe2+(aq) + 2eElektron yang dilepas di anoda mengalir kebagian lain dari besi tersebut menuju daerah katoda, dimana oksigen tereduksi. O2(g) + 4H+ + 4e ↔ 2H2O(g) (larutan asam) Atau O2(g) + 2H2O(g) + 4e-
↔ 4OH-(aq) (larutan basa
atau netral) Ion Fe(II) yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi membentuk ion Fe(III) yang kemudian membentuk senyawa oksidasi terhidrasi yaitu karat besi.
Dimana : W
= Massa hilang (g)
W0
= Massa awal (g)
W1
= Massa akhir (g)
T
= Massa pencelupan (0,002 g)
R
= Laju korosi (mpy)
A
= Area faktor (1,11 g)
t
= Waktu kontak (hari)
(NALCO CHEMICAL COMPANY. 2005) Dalam sistem pendingin, air yang selalu kontak
Fe2+(aq) + 2OH-(aq) → Fe(OH)2(s)
dengan logam dapat menimbulkan permasalahan
2Fe(OH)2(s) + 2OH-(g) → Fe2O3.3H2O(s)
korosi ketika kondisi air dalam keadaan stagnan. Air stagnan merupakan air yang tidak mengalir dalam
4
arti terjadinya genangan air yang disebabkan oleh
sel elektrokimia. Prinsip pengukuran pH adalah
pompa sirkulasi yang sering menutup. Kelebihan
dengan mengukur keberadaan ion H+ dan ion OH-
kapasitas dan konstruksi pipa yang tidak tepat
yang selalu dalam keseimbangan kimiawi yang
ataupun saat sistem tidak running menyebabkan air
dinamis dengan H2O.
akan stagnan untuk banyak waktu, pada kondisi ini
Pengukuran konduktivitas secara konduktometri
korosi akan terjadi lebih cepat (Suban, et.al., 2010). Senyawa-senyawa posfat merupakan zat aktif
Konduktivitas air merupakan kemampuan air untuk
menghantarkan
arus
listrik.
Besarnya
yang ditambahkan kedalam sistem air pendingin
konduktivitas didalam larutan sebanding dengan
sebagai pencegah dan penghambat korosi. Pada
kadar zat terlarut yang mengion didalam air baik
umumnya senyawa posfat dalam air yaitu dalam
mengion secara sempurna atau tidak. Pengukuran
3-
bentuk ortofosfat (PO4 ). Oleh karena itu, sebagai
konduktivitas
parameter pengendalian korosi pada sistem pendingin
konduktometri, Satuan daya hantar listrik adalah mho
(cooling water) dilakukan dengan penambahan
atau Siemens (S).
inhibitor ortofosfat.
Spektrofotometer UV-Vis
Ortofosfat merupakan inhibitor anodik yang menggeser
metode
Spektrofotometri adalah metode yang digunakan
bersenyawa dengan ion Ca2+ serta ion Zn2+ untuk
fungsi panjang gelombang. Prinsip dari metode
membentuk lapisan film pelindung yang tidak larut
spektrofotometri adalah berdasarkan hukum Lambert
dalam air pada permukaan logam.
- Beer, yang menyatakan bahwa bila suatu cahaya
ortofosfat
anodik
dengan
untuk mengukur absorbansi suatu contoh sebagai
umum,
polarisasi
dilakukan
dan
Secara
kurva-kurva
dapat
menunjukkan
monokromatis melalui suatu media yang transparan,
kemampuan penghambatan korosi dengan baik
maka bertambah turunnya intensitas cahaya yang
dengan adanya ion-ion logam bivalen seperti ion-ion
dipancarkan sebanding dengan bertambahnya tebal
kalsium. Ortofosfat memerlukan adanya oksigen
dan konsentrasi media.
untuk tindakan penghambatan korosi, oksigen terlarut
Pada penelitian ini digunakan spektrofotometer
dalam sistem oksidasi besi untuk membentuk Fe2O3
HACH model DR2800 yang memiliki kelebihan
dan dilanjutkan dalam film oksida diisi oleh besi
yaitu dapat melakukan secara langsung menganalisis
fosfat.
konsentrasi atau kadar suatu unsur atau senyawa
Fe2+ + H2PO42FeH2PO4+
FeH2PO4+
tanpa menggunakan pereaksi khusus dan tanpa kalibrasi spektrofotometer.
2FePO4 + 4H+ + 2e-
½O2 + 2H+ + 2e+
2FeH2PO4 + ½O2
H2O
3.
2FePO4 + H2O + 2H
+
Metode analisis yang digunakan pada penelitian
Tata Kerja
3.1 Alat dan Bahan Alat yang digunakan adalah HACH DR2800
ini adalah:
spektrofotometer, pH meter, konduktiviti meter,
Pengukuran pH secara potensiometri
bejana plastik, penyangga, penjepit atau tali, kuvet
Potensiometri
adalah
suatu
cara
analisis
berdasarkan pengukuran beda potensial sel dari suatu
DR2800, pipet digital. Bahan yang digunakan antara lain, air demin
5
produksi, padatan kalsium nitrat (Ca(NO3)2), padatan
setiap masing-masing bejana berisi air simulasi,
natrium klorida (NaCl), padatan natrium sulfat
ditunggu pembacaan konduktivitas sampai stabil.
(Na2SO4), padatan natrium bikarbonat (NaHCO3),
dicatat angka yang tampil pada layar konduktiviti
produk 3DT129, produk 3DT190, larutan buffer pH
meter. Pengujian konduktivitas dilakukan setiap 24
4, 7, 11, larutan elektrolit standar (KCl) 600 mΩ,
jam (dihitung dari mulai pencelupan plat besi).
reagent Fe-HL (hidroksilamin - ortofenantrolin), HCl
3.2.3 Analisis Besi (Fe)
1:1, reagen XP-2 (asam askorbat), reagen TP-1
Dipipet 10 mL air simulasi, dimasukkan kedalam
(ammonium molibdat), ortofosfat 855,000 ppm, plat
kuvet
DR2800,
besi (mild steel), larutan etanol 98%.
(hidroksilamin
3.2 Analisis Pengujian
ditunggu ± 3 menit sampai larut. Dibuat larutan
3.2.1 Pengukuran pH
blanko
(10
-
ditambahkan
reagen
ortofenantrolin),
mL
air
simulasi
Fe-HL
dikocok
tanpa
dan
reagen).
Dikalibrasi pH meter dengan cara meng-onkan
Dimasukkan kuvet larutan blanko kedalam HACH
pH meter, ditunggu beberapa saat sampai alat siap
DR2800 Spektrofotometer dengan program Fe,
digunakan, kemudian ditekan calibrate, dicelupkan
ditekan zero (angka
elektroda pH meter kedalam buffer pH 4 dan setting
kuvet blanko, dilanjutkan dengan kuvet berisi
dengan menekan tombol panah atas-bawah sampai
sampel, ditekan read. Dicatat angka yang terbaca
pH sesuai dengan larutan buffer kemudian tekan
sebagai ppm Fe. Bila konsentrasi sampel (ppm)
read, dilakukan hal yang sama dengan buffer 7 dan
melebihi angka batas pembacaan pada alat, maka
11. Setelah dikalibrasi maka pH meter sudah siap
perlu dilakukan pengenceran. Pengujian kadar besi
digunakan.
dilakukan setiap 1 minggu (dihitung dari mulai
Dicelupkan elektroda pH meter kedalam setiap bejana berisi air simulasi, ditekan read. ditunggu pembacaan pH stabil (berbunyi nada tit beberapa
menunjukkan 0) dikeluarkan
pencelupan plat besi). 3.2.4 Analisis Ortofosfat (PO43-) Dipipet 25 mL air simulasi, dimasukkan kedalam
kali). Dicatat angka yang tampil pada layar pH meter.
kuvet
DR2800,
Pengujian pH dilakukan setiap 24 jam (dihitung dari
(ammonium molibdat) 2 mL dan XP-2 (asam
mulai pencelupan plat besi).
askorbat) 2 mL dikocok dan ditunggu ± 10 menit.
3.2.2 Pengukuran Konduktivitas
Dibuat
blanko
ditambahkan
dengan
25
reagen
mL
air
TP-1
simulasi
Dikalibrasi konduktiviti meter dengan meng-
ditambahkan larutan HCl 1:1 2 mL dan reagen XP-2
onkan konduktiviti meter, ditunggu beberapa saat
(asam askorbat) 2 mL, dikocok dan ditunggu ± 10
sampai alat siap kemudian ditekan calibrate,
menit. Dimasukkan kuvet larutan blanko kedalam
dicelupkan elektroda konduktiviti meter kedalam
HACH DR2800 Spektrofotometer dengan program
larutan elektrolit standar (KCl) 600 mΩ, setting
PO43-, ditekan zero (angka
dengan menekan tombol panah atas-bawah sampai
dikeluarkan kuvet blanko, dilanjutkan dengan kuvet
nilai konduktivitas sesuai dengan larutan tersebut
berisi sampel, ditekan read. Dicatat angka yang
kemudian tekan measure. Setelah dikalibrasi maka
terbaca sebagai ppm PO43-. Bila konsentrasi sampel
kounduktiviti meter sudah siap digunakan..
(ppm) melebihi angka batas pembacaan pada alat,
Dicelupkan elektroda konduktiviti meter kedalam
menunjukkan 0)
maka perlu dilakukan pengenceran. Pengujian kadar
6
ortofosfat dilakukan setiap 1 minggu (dihitung dari
pada sistem pendingin terletak pada kisaran pH 6 – 8.
mulai pencelupan plat besi). 3.2.4
Pengukuran
Nilai batas rekomendasi pH PT. Nalco Indonesia
Laju
Korosi
Metode
Pada gambar 2 memperlihatkan dari hari ke 0 sampai hari ke 7 nilai pH meningkat, sedangkan dari hari ke
Kehilangan Berat Diambil plat besi yang sudah terendam selama 14
7 sampai ke 28 nilai pH menurun. Perubahan pH
dan 28 hari dalam bejana berisi air simulasi,
yang terjadi pada air simulasi mencerminkan
dilakukan pencucian plat besi dengan mencelupkan
terjadinya reaksi ionisasi dan hidrolisis suatu
plat besi kedalam HCl pekat beberapa saat sampai
senyawa dalam air simulasi.
lapisan korosi hilang kemudian dicelupkan kedalam
Nilai pH meningkat disebabkan karena pada hari
air demin dan dicelupkan kedalam etanol 98%.
ke 0 sampai hari ke 7 senyawa ortofosfat mengalami
Dikeringkan dengan tisu, dilakukan penimbangan
reaksi ionisasi dengan air. Reaksi ionisasi air akan
untuk mengetahui berat akhir plat besi, dicatat hasil
menghasilkan ion OH- dan ion tersebut erat kaitannya
penimbangan (g). Faktor koreksi berat plat besi
dengan kadar keasaman (pH) dari suatu larutan. Jika
dibutuhkan ketika pencelupan plat besi dalam HCl
konsentrasi ion OH- semakin besar, maka larutan
pekat karena dimungkinkan adanya Fe (bukan Fe
menjadi semakin basa.
terkorosi) yang ikut terlarut.
Sedangkan pada hari ke 7 sampai hari ke 28 nilai pH semakin menurun, hal ini disebabkan karena tingkat hidrolisis dari senyawa ortofosfat yang
4. Hasil dan Pembahasan Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan
terlarut mulai berkurang akibat penurunan tingkat
di PT. Ecoleb International Indonesia, diperoleh hasil
kandungan senyawa ortofosfat seiring semakin
pengukuran dan penetapan berdasarkan parameter uji
lamanya waktu kontak pengujian dan semakin
yang terdiri dari pH, konduktivitas, besi, ortofosfat,
banyaknya
dan laju korosi.
terbebaskan sehingga terjadinya reaksi pelarutan besi
4.1 pH
menjadi ion Fe2+ yang larut dalam air. Kemudian ion
Dari data hasil pengukuran pH pada air simulasi
ion
hidroksida
yang
tidak
Fe2+ akan bereaksi dengan ion hidroksida (OH-).
sistem pendingin, dapat dilihat pada gambar 2 berikut
Reaksi yang terjadi adalah:
ini:
Fe(s ) → Fe2+(aq) + 2eFe2+ + 2OH- → Fe(OH)2
9 pH air pendingin
(OH-)
Batas Maks
8
control
7
300 ppm 400 ppm
6
Batas Min
5 0
7
14 Hari
21
28
Gambar 2. Grafik perbandingan nilai pH pada berbagai konsentrasi ortofosfat.
4.2 Konduktivitas Dari data hasil pengukuran konduktivitas pada air simulasi sistem pendingin, dapat dilihat pada gambar 3 berikut ini:
7
ini:
Batas Maks
4000
control 300 ppm 400 ppm 500 ppm 600 ppm
3000 2000 1000 0 0
7
14 Hari
21
28
6 Kadar Besi (ppm)
Konduktivitas (μs/cm)
5000
5
control
4
300 ppm
3
400 ppm
2
500 ppm
1
600 ppm
0 0
Gambar 3. Grafik perbandingan nilai konduktivitas
7
14 Hari
21
28
Gambar 4. Grafik perubahan kadar besi pada
pada berbagai konsentrasi ortofosfat
berbagai konsentrasi ortofosfat Nilai batas rekomendasi konduktivitas PT. Nalco Indonesia pada sistem pendingin adalah > 4000
Berdasarkan gambar 4, dapat diketahui bahwa
μs/cm. Konduktivitas merupakan cerminan dari
semakin tinggi kadar besi yang terlarut dalam air
banyaknya ion-ion logam penghantar arus listrik
maka semakin cepat pula terjadinya laju korosi pada
yang terkandung dalam air simulasi. Pada gambar 3
pipa sistem pendingin, sehingga kadar besi yang
memperlihatkan dari hari ke 0 sampai hari ke 28 nilai
terlarut harus ditekan seminimal mungkin untuk
konduktivitas semakin meningkat, hal ini disebabkan
menghindari terjadinya korosi. Penetapan parameter
karena adanya pengaruh dari penambahan inhibitor
besi bertujuan sebagai indikator terjadinya korosi
ortofosfat yang merupakan suatu garam. Semakin
pada sistem pendingin. Pada sampel yang tidak
besar konsentrasi ortofosfat yang ditambahkan pada
menggunakan inhibitor ortofosfat (kontrol) kelarutan
air simulasi maka nilai konduktivitas semakin
besi semakin meningkat karena tidak adanya
meningkat. Garam dalam larutan akan terurai
penambahan inhibitor untuk membentuk lapisan pasif
menjadi anion dan kation sehingga dalam larutan
pada permukaan logam disertai dengan semakin
tersebut akan terbentuk ion-ion yang kekurangan dan
rendahnya nilai pH pada larutan
kelebihan elektron. Ion-ion tersebut menyebabkan
logam besi semakin larut pada air dan menyebabkan
larutan menjadi mudah untuk menghantarkan arus
terjadinya laju korosi yang cukup tinggi. Besi di
listrik. Oleh karena itu, nilai konduktivitas pada air
dalam air dapat bersifat terlarut sebagai Fe2+ (ferro)
simulasi
nilai
atau Fe3+ (ferri), terlarutnya besi disebabkan adanya
konsentrasi garam yang terlarut. Dengan adanya ion-
reaksi reduksi oksidasi antara permukaan logam dan
ion terlarut dalam air simulasi, kelarutan oksigen juga
air. Jika terdapat O2 dalam air maka ion Fe2+ akan
akan semakin berkurang (Jones, 1992)
teroksidasi dengan cepat menjadi ion Fe3+. Jumlah
akan
berbanding
lurus
dengan
mengakibatkan
Nilai konduktivitas berhubungan erat dengan nilai
besi yang terlarut dapat dikontrol dengan adanya
Total Dissolved solid (TDS), semakin banyak garam-
inhibitor karena adanya pasifasi yang kuat oleh
garam terlarut yang dapat terionisasi, maka semakin
inhibitor ortofosfat pada permukaan logam yang
tinggi pula nilai Total Dissolved Solid (TDS).
tidak larut dalam air. Semakin tinggi konsentrasi
4.3 Besi (Fe)
inhibitor yang ditambahkan, maka kandungan besi
Dari data hasil analisis besi pada air simulasi
yang terlarut dalam air semakin menurun. Pada
sistem pendingin, dapat dilihat pada gambar 4 berikut
permukaan logam besi bertindak sebagai anoda dan
8
katoda, permukaan logam yang lebih kasar akan
terjadi kontak langsung antara logam dengan
menimbulkan
memiliki
lingkungan yang korosif. Selama proses penurunan
kecenderungan untuk menjadi anoda yang terkorosi.
kandungan ortofosfat tidak berarti kehilangan daya
Permukaan logam yang kasar cenderung mengalami
penghambatannya, tetapi karena inhibitor ortofosfat
korosi lebih cepat (Herro, et.al., 1993).
membutuhkan waktu untuk membentuk lapisan film
Reaksi yang terjadi adalah:
pelindung secara pasif pada seluruh permukaan
beda
potensial
dan
Anoda : Fe → Fe2+ + 2e–
logam, sehingga penghambatan laju korosi dapat
Katoda : O2 + 2H2O + 4e
-
↔
4OH-(aq)
terlihat signifikan pada beberapa minggu pengujian.
Fe + ½O2 + H2O → Fe(OH)2 2Fe(OH)2(s) +
2OH-(g)
Namun
→ Fe2O3.3H2O(s)
terdapat
batas
maksimum
keefektifan
inhibitor yang harus diperhitungkan, karena semakin
Oksigen dari udara yang larut dalam air akan
lama waktu pengujian maka inhibitor semakin habis
tereduksi, sedangkan air sendiri berfungsi sebagai
terserang oleh lingkungan yang korosif (Widharto,
media tempat berlangsungnya reaksi redok pada
1999).
peristiwa korosi. Semakin banyak jumlah O2 dan H2O
Pengunaan inhibitor dikatakan efektif apabila
yang mengalami kontak dengan permukaan logam
dapat melindungi logam dari serangan korosi dan
besi, maka semakin cepat berlangsungnya korosi
tidak menyebabkan timbulnya kerak (deposit) pada
pada permukaan logam.
permukaan logam (Geiger, et.al., 2012).
3-
Dosis inhibitor yang digunakan harus tepat,
4.4 Ortofosfat (PO4 )
karena suatu inhibitor hanya dapat bekerja efektif
sistem pendingin, dapat dilihat pada gambar 5 berikut
setelah kadarnya mencapai dosis tertentu. Apabila
ini:
penambahan inhibitor dalam jumlah yang sedikit ke
Kadar Ortofosfat (ppm)
Dari data hasil analisis ortofosfat pada air simulasi
dalam lingkungan yang korosif maka tidak akan
800
mampu bertahan menghadapi serangan ion-ion
600
control 300 ppm 400 ppm 500 ppm 600 ppm
400 200 0 0
7
14 Hari
21
agresif dalam media air korosif dan pembentukan lapisan pasif menjadi tidak merata pada permukaan logam sehingga memungkinkan terjadinya korosi yang lebih tinggi karena proses pasifasi belum
28
tercapai atau fungsi proteksinya menjadi tidak
Gambar 5. Grafik perubahan kadar ortofosfat pada
optimal, maka lapisan film pelindung yang terbentuk
berbagai konsentrasi ortofosfat.
pada permukaan logam tidak bisa melindungi seluruh
Berdasarkan gambar 5, memperlihatkan bahwa
permukaan logam. Sedangkan jika konsentrasi
kadar ortofosfat dari hari ke 0 sampai hari ke 28
inhibitor ortofosfat berlebihan atau diatas konsentrasi
mengalami
optimal
penurunan
kandungan
inhibitor
merupakan
pemborosan
bahan
kimia.
ortofosfat, hal ini disebabkan karena ortofosfat
Banyaknya kadar ortofosfat yang ditambahkan
semakin membentuk lapisan film pelindung (pasif)
kedalam sistem pendingin bergantung pada kualitas
pada permukaan logam yang tidak larut dalam air
air yang digunakan, sehingga untuk menjaga agar
serta dapat mencegah pelarutan logam sehingga tidak
kadar inhibitor ortofosfat berada dalam rentang
9
standar maka perlu dilakukan pengontrolan pada
logam pada air pendingin masih tinggi. Sedangkan
setiap proses inhibisi.
nilai laju korosi pada hari ke 28 diperoleh nilai laju
Berikut
reaksi
film
korosi pada kontrol adalah sebesar 2,636 mpy, pada
pelindung pada permukaan logam dengan inhibitor
konsentrasi 300 ppm sebesar 2,144 mpy, pada
ortofosfat:
konsentrasi 400 ppm sebesar 2,005 mpy, pada
Fe2+ + H2PO42FeH2PO4+
pembentukan
lapisan
FeH2PO4+
konsentrasi 500 ppm sebesar 1,779 mpy, dan pada konsentrasi 600 ppm sebesar 1,593 mpy, nilai laju
2FePO4 + 4H+ + 2e-
korosi pada hari ke 28 menunjukkan bahwa ½O2 + 2H+ + 2e+
2FeH2PO4 + ½O2
H2O
penurunan laju korosi semakin efektif karena +
2FePO4 + H2O + 2H
cenderung semakin meratanya pembentukan lapisan pasif pada permukaan logam, sehingga diperoleh
4.5 Laju Korosi Besi (mpy)
nilai laju korosinya semakin rendah. Nilai laju korosi
Dari data hasil pengukuran laju korosi pada air
yang diperoleh pada simulasi stagnan air pendingin
simulasi sistem pendingin, dapat dilihat pada gambar
tersebut
6 berikut ini:
perendaman logam serta konsentrasi inhibitor yang
4
dipengaruhi
oleh
lamanya
waktu
ditambahkan. kontrol
3 2
Menurut Ashworth (1987), semakin lamanya
300 ppm
waktu perendaman logam berpengaruh pada adsorpsi
400 ppm
inhibitor yang semakin banyak, hal ini akan
1
500 ppm
0
600 ppm Hari ke 14 Hari ke 28 Waktu perendaman plat besi
Gambar 6. Grafik laju korosi pada hari ke 14 dan 28 Pengukuran laju korosi dilakukan dengan metode kehilangan berat yang terjadi pada logam besi antara berat awal dan berat akhir setelah beberapa waktu pencelupan. Gambar 6 memperlihatkan pada hari ke 14 diperoleh nilai laju korosi pada kontrol adalah sebesar 2,925 mpy (miligram per year), pada konsentrasi 300 ppm sebesar 2,782 mpy, pada konsentrasi 400 ppm sebesar 2,553 mpy, pada konsentrasi 500 ppm sebesar 2,354 mpy, dan pada konsentrasi 600 ppm sebesar 2,116 mpy, nilai laju korosi pada hari ke 14 masih terlalu tinggi dan tidak terlalu efektif, hal ini disebabkan karena pada hari ke 14 belum meratanya pembentukan lapisan pasif ortofosfat pada permukaan logam, sehingga larutnya
menyebabkan terjadinya penurunan laju korosi sampai pada suatu titik tertentu dimana adsorpsi sudah mencapai titik jenuh sehingga laju korosi menjadi cenderung konstan. Berdasarkan nilai laju korosi yang diperoleh, pencegahan laju korosi yang optimal terjadi pada hari ke 28 dan pada konsentrasi 600 ppm. Spesimen dengan konsentrasi inhibitor rendah pada air simulasi akan teradsorpsi dalam jumlah sedikit pada permukaan logam dalam rentang waktu
yang
relatif
masih
singkat
sehingga
menyebabkan laju korosi yang masih cukup tinggi. Dari hasil laju korosi yang diperoleh pada berbagai konsentrasi, dapat dibuat suatu persamaan garis dalam grafik yang dapat digunakan sebagai prediksi
penggunaan
konsentrasi
inhibitor
(ortofosfat) yang lebih tepat untuk menghambat laju korosi dalam kondisi air stagnan pada karakteristik air pendingin.
Laju korosi (mpy)
10
Air yang bersirkulasi cenderung mengandung
3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0
y = 3,0514e-5E-04x R² = 0,8568
banyak oksigen terlarut karena adanya aerasi, sedangkan
y = 2,6916e-8E-04x R² = 0,9797
yang
stagnan
atau
tergenang
cenderung kurang mengandung oksigen terlarut. hari ke 14 hari ke 28
0
air
Dalam kondisi air stagnan pada sistem pendingin tidak ada pengaruh apapun dari kecepatan alir (flow)
100 200 300 400 500 600 Konsentrasi Ortofosfat (ppm)
yang dapat mempengaruhi kecepatan korosi, tetapi
Gambar 7. Grafik persamaan konsentrasi ortofosfat
pada kenyataannya kondisi air stagnan pada sistem
terhadap laju korosi
pendingin dapat memberikan pengaruh korosi yang tinggi, karena kondisi air stagnan memiliki waktu
Perbedaan laju korosi pada setiap konsentrasi mengartikan inhibitor
bahwa
memberikan
penambahan
konsentrasi
efek
baik
yang
pada
pencegahan laju korosi. Semakin tinggi konsentrasi yang ditambahkan maka semakin besar pembentukan lapisan pasif pada permukaan logam. Laju korosi dapat dihubungkan dengan laju pembentukan dan kestabilan lapisan film pelindung pada permukaan logam (Ashworth, 1987).
jenis mild steel yang termasuk dalam golongan baja ringan, ketahanan korosi baja ini bergantung pada paduannya,
dimana
komposisi
paduannya hanya berkisar dibawah 10% sehingga pengaruh ketahanan korosinya menjadi kurang nampak. Ketahanan korosinya sendiri didapat dari kandungan silika, zink, kromium.
dalam air simulasi menghasilkan produk korosi yang sama namun terjadi perbedaan dan pengurangan kuantitas laju korosi baik dengan dan tanpa penambahan inhibitor. Pada kenyataannya inhibitor ortofosfat memiliki peran dalam memberikan lapisan film pelindung (lingkungan pasif) pada permukaan yang
tidak
larut
dalam
air
sehingga
menghalangi terjadinya kontak dan reaksi antara permukaan logam dan lingkungan yang korosif (Herro, et.al., 1993).
karena mengandung lebih banyak oksida besi. Pada kondisi air stagnan kemungkinan terjadi kondisi deaerasi sehingga besi hanya berada sebagai Fe2+ yang terlarut dan berpotensi untuk terbentuknya korosi sumuran. Korosi logam pada air stagnan dengan kondisi
terdeteksi walaupun pada kisaran 8 mg O2/L pada suhu 25° (C). Dengan konsentrasi oksigen lebih tinggi sebetulnya terjadi pasifasi pada permukaan logam namun pasifasi yang terjadi tidak stabil dan cenderung bersifat porous. Kadar garam-garam yang terlarut dapat menurunkan tingkat kandungan oksigen terlarut (Yari, 2015). Sifat
Korosi yang terjadi pada plat besi yang terendam
logam
korosif yang akan menyebabkan perairan lebih keruh
deaerasi biasanya oksigen terlarut masih tetap
Plat besi (kupon korosi) yang digunakan adalah
unsur-unsur
retensi lebih lama antara logam dengan lingkungan
ketahanan
korosi
merupakan
sifat
karakteristik yang sangat penting pada penggunaan komponen-komponen
reaktor
termasuk
pipa
pendingin. Oleh karenanya perencanaan yang tepat dalam
pemilihan
lingkungan
bahan
yang
penggunaannya
sesuai perlu
dengan diteliti.
Berdasarkan nilai laju korosinya inhibitor ortofosfat tergolong inhibitor yang baik karena berada pada rentang standar PT Nalco Indonesia yang mengacu pada American testing and Material (ASTM) D 2688-05 yaitu 1 – 3 mpy. Warna pada karat beragam
11
mulai dari warna kuning hingga cokelat sampai
Student
Edition.
Singapore:
hitam, warna ini tergantung pada jumlah molekul
International Book.Co.
McGraw-Hill
H2O yang terikat pada karat. Geiger, Gary and Mel. J. Esmacher, P.E. 2012. Controlling Corrosion in Cooling Water Systems -
5. Kesimpulan dan Saran Berdasarkan penelitian dapat disimpulkan bahwa semakin
tinggi
konsentrasi
ortofosfat
yang
Part 2: Inhibiting and Monitoring Corrosion. New York:
American Institute of Chemical Engineers.
ditambahkan pada stagnan sistem air pendingin,
Hermawan, Beni. 22 April 2007. Ekstrak Bahan
maka semakin besar pembentukan lapisan pasif pada
Alam Sebagai Alternatif Inhibitor Korosi. Universitas
permukaan logam sehingga semakin efektif untuk
Indonesia.
menghambat laju korosi. Berdasarkan nilai laju korosi yang diperoleh, pencegahan laju korosi yang
Herro, Harvey. M and Robert D. Port. 1993. The
optimal terjadi pada hari ke 28 dan pada konsentrasi
Nalco Guide to Cooling Water
600 ppm. Dari grafis yang didapatkan dapat
Analysis.New York: McGraw-Hill Inc.
dikatakan bahwa hubungan persamaan konsentrasi ortofosfat terhadap laju korosi memberikan efek yang baik pada pencegahan laju korosi dengan mengikuti
System
Failure
Jones, D.A. 1992. Principles and Prevention of Corrosion.
New
York:
Macmillan
Publishing
Company.
persamaan y = 2,691e-8E-0x. Nilai laju korosi yang lebih rendah didapat pada konsentrasi 600 ppm
Keister, Timothy. 2008. Cooling Water Management
dengan menghasilkan nilai laju korosi 1,593 mpy
Basic Principles and Technology. New York:
(miligram
ProChemTech International.
per
year)
sedangkan
pada
kontrol
menghasilkan nilai laju korosi 2,636 mpy. Untuk lebih efektif dalam menghambat laju korosi pada stagnan sistem air pendingin digunakan inhibitor campuran (katodik dan anodik).
Marcus, Philippe. 2012. Corrosion Mechanism In Theory and Practice, 3rd. New
York:
CRC
Press-Taylor & Francis Group. NALCO CHEMICAL COMPANY. 2005. Cooling
6. Daftar Pustaka
Water Technical Manual. United States
Ashworth, V. 1987. Corrosion-Industrial Problems, Treatment
and
Control
Techniques,
KFAS
Proceedings Series Vol. 2. Toronto: Pergamon Press.
Oxtoby, D.W., H.P. Gillis, and N.H. Nachtrieb. 2001. Prinsip-Prinsip Kimia Modern, Jilid 1, Edisi Keempat, Alih bahasa Suminar S.Achmadi. Jakarta:
Dalimunthe dan Indra Surya. 2004. Kimia dari Inhibitor Korosi. Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan. Fontana,G.Mars
and
Norbert,D.Greene. nd
Corrosion Engineering 2 ,
1978.
International
Erlangga. Setiadi, Tjandra. 2007. Pengolahan dan Penyediaan Air. Bandung: ITB. . Suban,M., R.C. Velbarand, and B. Bundara. 2010. The Impact of
Stagnant Water on the Corrosion
12
Processes in A Pipeline. Jurnal. Slovenia: Institute Of
Metal Constructions-Mencingerjeva.
Widharto, Sri. 1999. Karat dan Pencegahannya. Jakarta: PT. PradnyaParamita Yari, Mehdi. 2015. An Intro to Pipeline Corrosion in Seawater. Ontario: University Of Western Ontario.
