PROSIDING PROSIDING
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin 2018
Pe a Ilm Tek ik Me i a g Be ie a i Gl bal dalam Pe a Ilm Tek ik Me i a g Be ie a i Gl bal dalam
Mend k ng Pembang nan Na i nal Be kelanj an Mend k ng Pembang nan Na i nal Be kelanj an
SNTTM XVII SNTTM XVII
Organized by :
Program Studi TEKNIK MESIN
4-5 Oktober 2018
Hotel Swiss Belinn Kupang, Nusa Tenggara Timur Indonesia
ISSN 2 23 - 0313
i
Kata Pengantar
Segala puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena hanya dengan rahmat- Nya buku prosiding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) XVII dapat diterbitkan. SNTTM XVII dengan tema “Peran Ilmu Teknik Mesin yang Berorientasi Global Dalam Mendukung Pembangunan Nasional Berkelanjutan” merupakan kegiatan tahunan Badan Kerja Sama Teknik Mesin (BKS-TM) Indonesia. SNTTM kali ini diselenggarakan oleh Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana (UNDANA) Kupang pada tanggal 4-5 Oktober 2018 di hotel Swiss- Belinn Kristal Kupang.
Dengan terlaksananya seminar ini, diharapkan adanya kerjasama antar Program Studi Teknik Mesin seluruh Indonesia yang semakin erat dan baik, dalam pengembangan peran ilmu teknik mesin dalam mendukung pembangunan nasional. Mulai tahun 2017, BKS-TM menggunakan sistem Open Conference System (OCS) dalam tahapan pengiriman abstrak dan makalah, sehingga seluruh prosiding yang dihasilkan dari SNTTM nantinya dapat diakses secara daring. Upaya ini merupakan bagian dari usaha BKS-TM untuk meningkatkan mutu publikasi karya ilmiah teknik mesin ke level yang lebih tinggi.
Perlu diketahui bahwa seleksi SNTTM XVII dilakukan dalam dua tahapan: 1) seleksi abstrak untuk kegiatan seminar dan 2) seleksi makalah lengkap untuk prosiding daring. Penyelenggaraan kali ini telah berhasil menjaring 198 abstrak untuk diseminarkan yang berasal dari berbagai institusi. Dari 198 abstrak yang diseminarkan, jumlah makalah yang sampai pada tahap prosiding adalah 162 artikel ilmiah, dengan perincian 37,04%
konversi energi, 20,98% perancangan dan mekanika terapan, 15,43% proses manufaktur, 21,61% rekaya material dan 4,94% pendidikan teknik mesin.
Pada kesempatan ini, kami menyampaikan penghargaan setinggi- tingginya kepada BKS-TM Indonesia, para pimpinan Progam Studi Teknik Mesin, keynote speaker, tim peninjau, sponsor, para pemakalah, serta segenap panitia yang telah berpartisipasi aktif atas terselenggaranya SNTTM XVII dan terbitnya prosiding dari acara ini. Tidak lupa kami selaku panitia pelaksana memohon maaf atas kekurangan dan ketidaksempurnaan yang terjadi dalam keseluruhan proses penyelenggaraan seminar dan penerbitan buku prosiding.
Akhir kata, semoga prosiding SNTTM XVII ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Salam hangat,
Dominggus G. H. Adoe, S. T., M. Eng
Ketua Panitia Pelaksana
ii
Profil Pembicara Utama
Prof. Dr. Ir. Tresna Priyana Soemardi,, M.Si., S.E.
Prof. Dr. Ir. Tresna Priyana Soemardi M.Sc. adalah Guru Besar di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia.
Kelahiran Palembang, 1 September 1955. Beliau menikah dengan Diah Hariyani dan memiliki dua orang anak, yaitu Una Amanda Priharani dan Ezra Ganesha Prihardanu.
Gelar Insinyur diperoleh dari Teknik Mesin ITB - Bandung tahun 1980, memperoleh Gelar Magister Ilmu Lingkungan pada tahun 1985 dan Sarjana Ekonomi tahun 1988 dari Universitas Indonesia.
Pada tahun 1990, lulus sebagai Doktor dalam bidang Applied Mechanics & Advanced Composites Materials dari Ecole Centrale de Paris-France.
Selama lebih dari 25 tahun melakukan kegiatan mengajar, konsultansi dan riset dibidang mekanika terapan dan material komposit, perancangan dan pengembangan produk, inovasi produk, manajemen stratejik inovasi, EPC & Project Management, Project Risk Management, Kelayakkan Angkutan Udara, Transportasi Udara dan Engineering Management. Beliau juga pernah bekerja sebagai Researcher di Industri Pesawat Terbang Aerospatiale dan Industri Otomotif Renault di Perancis. Menghasilkan lebih dari 100 karya ilmiah dalam jurnal, seminar, konferensi dan lokakarya nasional maupun internasional. Berbagai pendanaan riset nasional maupun internasional berhasil ia menangkan antara lain: Hibah Bersaing, RUT, RUTI, Toray Science Foundation dan EU-Asialink Biomedical Engineering.
Prof. Yoshihiro Narita
Penasihat akademik JICA, Expert di C-BEST project
merupakan lulusan dari Universitas Hokkaido tahun 1974. Memulai karir sebagai dosen di Hokkaido Institute of Technology pada tahun 1980 – 1985. Menjabat sebagai Guru Besar di Fakultas Teknik, Universitas Hokkaido (Division of Human Mechanical Systems and Design) semenjak tahun 1991.
Bidang penelitian mencakup Composite Structures, Optimum Design,
Systems Engineering, Computational Mechanics, Engineering
Education. Beliau pernah menjabat sebagai Ketua Cabang Hokkaido
Japan Society of Mechanical Engineers (JSME) tahun 2008-2009 dan mendapat Division
award for international contribution. Selain itu, beliau merupakan anggota asosiasi Japan
Society of Mechanical Engineers, International Symposium of Vibration on continuous
Systems, International Advisory Committee, Japan Reinforced Plastics Society, International
Steering Committee, Society of Automotive Engineers of Japan, Japan Society of Kansei
Engineering, The Japan Society for Science Policy and Research Management, Japanese
Education Research Association.
iii
Prof. Olivier PolitGuru Besar di Université Paris Ouest Nanterre dan peneliti di Laboratoire Energétique Mécanique Electromagnétisme (LEME).
Prof. Olivier Polit memiliki keahlian di bidang Finite Element Analysis, Structural Analysis, Finite Element Modeling, Numerical Modeling, Mechanical Testing, Numerical Analysis, Mechanics of Materials, Mechanical Engineering, Solid Mechanics, Materials Engineering, Composites, Dynamics, Finite Element Method, Computational Mechanics Elasticity, Computational Structural Mechanics, Structural Engineering, Piezoelectricity, Composite Structures
Laminated Composites, Shell. Beliau telah menghasilkan lebih dari 100 karya ilmiah sampai saat ini.
Dr. Eng. Nobumasa Sekishita
Peneliti dan pengajar di Departemen Teknik Mesin, Toyohashi University of Technology, dengan jabatan sebagai Associate Professor. Beliau juga merupakan lulusan Doktor dari universitas tersebut.
Bidang penelitiannya mencakup Fluid Dynamics yaitu, Wind Tunnel Experiment of Turbulent Shear Flow, Development of Flow Measurements and Analysis. Dimana menginvestigasi fenomena pada Buoyancy jet, Pesawat jet dan Sphere wake menggunakan Terowongan Angin.
Beliau juga merupakan anggota Perhimpunan Akademik Japan Society of Mechanical Engineers, Japan Society of Fluid Mechanics, The Physical Society of Japan, dan The Visualization Society of Japan.
Refi Kunaefi, MSc.
Refi Kunaefi adalah Kepala Proyek Pengembangan Area Bali di Akuo Energy Indonesia. Memulai karir profesionalnya sebagai insinyur lapangan, kemudian manajer operasi lapangan untuk perusahaan layanan minyak & gas terbesar di dunia, Schlumberger.
Di Akuo Indonesia, ia mengelola portofolio pengembangan Energi Terbarukan lebih dari 300 MW di berbagai bidang teknologi.
Bidang tersebut dari PV surya, hidro, angin, biomassa, dan Konversi Energi Panas Laut (OTEC).
Refi memegang gelar Master dalam manajemen energi & lingkungan di bawah program
beasiswa bergengsi dari Total EP Indonesie di Ecole des Mines de Nantes (Prancis), dan gelar
Teknik Mesin dari Universitas Indonesia di bawah Program Kepemimpinan GE Beasiswa. Dia
juga mengikuti Kursus Manajemen Kontrak di Ecole Européenne de Contract Management
(Prancis). Saat ini beliau juga menjabat sebagai Dosen di Universitas Teknologi Sumbawa sejak
Juni 2016.
iv
Topik dan Sebaran Makalah
1. Perancangan dan Mekanika Terapan : 34 Makalah
2. Proses Manufaktur : 25 Makalah
3. Konversi Energi : 60 Makalah
4. Rekayasa Material : 35 Makalah
5. Pendidikan Teknik Mesin : 8 Makalah
Badan Kerja Sama Teknik Mesin Indonesia (BKS-TM) adalah suatu organisasi yang dibentuk pada pertemuan ketua jurusan/program studi/departemen Teknik Mesin perguruan tinggi se-Indonesia pada tanggal 29 Mei 2002 di Jurusan Teknik Mesin ITS. Anggota dari BKS-TM adalah lembaga pendidikan tinggi yang menyelenggarakan pendidikan teknik mesin atau yang sejenis.
Tujuan pendirian BKS-TM adalah sebagai:
1) Menciptakan kondisi yang kondusif untuk meningkatkan kerja sama antar perguruan tinggi teknik mesin dalam melaksanakan Tri Dharma Perguruan Tinggi.
2) Meningkatkan interaksi perguruan tinggi anggota dengan lembaga lain.
3) Meningkatkan sumber daya anggota dalam menjawab tantangan dan persaingan.
Saat ini keanggotan BKS-TM sudah mencapai lebih dari 30 program studi
TeknikMesin yang tersebar di berbagai wilayah Indonesia seperti ditunjukan
pada gambar berikut:
Tentang SNTTM
Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) merupakan kegiatan tahunan yang diselenggarakan oleh BKS-TM sebagai sarana untuk berbagi riset dan teknologi terbaru serta berbagi pengalaman terhadap pemecahan permasalahan di bidang keilmuan teknik mesin dalam lingkup nasional. Konferensi ini juga memberi kesempatan kepada para akademisi, pihak industri, komunitas, maupun para penentu kebijakan untuk membahas aktivitas dan kolaborasi di masa depan.
SNTTM XVII bertujuan untuk mempertemukan para peneliti, profesional industri, dan mahasiswa pascasarjana dari disiplin ilmu Teknik Mesin. SNTTM XVII, yang bertemakan “Peran Ilmu Teknik Mesin yang Berorientasi Global dalam Mendukung Pembangunan Nasional Berkelanjutan“, menawarkan lingkungan yang menarik dan merangsang peserta untuk berdiskusi dan bertukar pikiran mengenai hasil penelitian ilmiah terbaru. Pada tahun 2018, seminar kali ini diselenggarakan oleh Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Nusa Cendana (Undana), pada tanggal 4-5 Oktober 2018 di Hotel Swiss Belinn, Kupang.
BKS-TM telah menyelenggarakan 16 kali SNTTM dengan host yang bergantian, yakni sebagai berikut:
1. SNTTM I (2002) dilaksanakan di ITS, Surabaya.
2. SNTTM II (2003) dilaksanakan di Unand, Padang.
3. SNTTM III (2004) dilaksanakan di Unhas, Makasar.
4. SNTTM IV (2005) dilaksanakan di Unud, Denpasar.
5. SNTTM V (2006) dilaksanakan di UI, Jakarta.
6. SNTTM VI (2007) dilaksanakan di Unsyiah, Banda Aceh.
7. SNTTM VII (2008) dilaksanakan di Unsrat, Manado.
8. SNTTM VIII (2009) dilaksanakan di Undip, Semarang.
9. SNTTM IX (2010) dilaksanakan di Unsri, Palembang.
10. SNTTM X (2011) dilaksanakan di Unibraw, Malang.
11. SNTTM XI (2012) dilaksanakan di UGM, Yogyakarta.
12. SNTTM XII (2013) dilaksanakan di Unila, Bandar Lampung.
13. SNTTM XIII (2014) dilaksanakan di UI, Jakarta.
14. SNTTM XIV (2015) dilaksanakan di Unlam, Banjarmasin.
15. SNTTM XV (2016) dilaksanakan di ITB, Bandung.
SNTTM XVI (2017) dilaksanakan di ITS, Surabaya
Tentang Kupang
Kota Kupang adalah kota madya dan sekaligus sebagai ibu kota provinsi Nusa Tenggara Timur, Indonesia. Kota Kupang adalah kota yang terbesar di Pulau Timor. Dengan jumlah penduduk lebih dari 450 ribu jiwa (perhitungan pada tahun 2014) yang terdiri dari berbagai macam suku dan bangsa yaitu Timor, Rote, Sabu, Tionghoa, Flores, Alor, Lembata serta sebagian kecil pendatang dari Ambon, Bali, Sulawesi dan Jawa. Kota Kupang merupakan pusat bisnis, perdagangan, industri dan pendidikan di Nusa Tenggara Timur.
Kota Kupang sering dijuluki sebagai Kota Karang. Julukan ini disebabkan oleh kondisi geografis kota Kupang dipenuhi oleh batu karang. Nama Kupang berasal dari nama seorang raja yang memerintah Kota Kupang sebelum bangsa Portugis dan Belanda datang ke Nusa Tenggara Timur yaitu Lai Kopan. Nama Lai Kopan kemudian disebut oleh Belanda sebagai Koepan dan dalam bahasa sehari-hari menjadi Kupang.
Sebagai ibu kota provinsi Nusa Tenggara Timur, Kota Kupang memiliki sarana pendidikan milik pemerintah dan yang dikelola oleh swasta untuk pendidikan formal dan informal dari tingkat PAUD, Play Group, TK, SD, SLTP dan SLTA serta Perguruan Tinggi.
Perguruan Tinggi yang ada di Kota Kupang sebanyak 19 Perguruan Tinggi yang terdiri dari 4 Perguruan Tinggi Negeri dan 15 Perguruan Tinggi Swasta.
Kupang juga memiliki beberapa objek wisata yang dapat memanjakan setiap orang yang berkunjung dengan hamparan pasir putih yang indah dan laut biru yang cantik. Sejak beberapa tahun terakhir ini menjadi langganan persinggahan peserta lomba perahu layar internasional, pemandangan yang indah serta keramahan para pedagang yang berjualan di sekitar area wisata yang tidak ternoda oleh pikiran mencari untung sebanyak-banyaknya, yang masih kental akan budaya persaudaraan antar sesama serta kekhasan budaya dan adat.
Wisatawan yang berkunjung ke kota ini biasanya terkesan dengan ikan bakar yang ukurannya
besar-besar dengan harga yang relatif murah. Pasar malam yang populer di Kota Kupang
yang menyajikan makanan sari laut terletak di daerah Kampung Solor di sekitar bekas
bioskop Raja. Dinikmati dengan sambal khas Kupang, tentu wisatawan akan langsung
berjanji pada diri sendiri: "suatu saat nanti, beta akan kembali lagi".
viii
ISSN 2623-0313 Buku Prosiding SNTTM XVII – 2018
SEMINAR NASIONAL TAHUNAN TEKNIK MESIN XVII
Tema Seminar
Peran Ilmu Teknik Mesin yang Berorientasi Global Dalam Mendukung Pembangunan Nasional Berkelanjutan
Pelaksanaan
Hotel Swiss-Belinn Kristal Kupang, 4-5 Oktober 2018
Penerbit
Program Studi Teknik Mesin
Kampus UNDANA Penfui Kupang
85148ix
SNTTM XVII – 2018
SEMINAR NASIONAL TAHUNAN TEKNIK MESIN XVII
Perancangan dan Mekanika Terapan, Proses Manufaktur, Konversi Energi, Material Material, Pendidikan Teknik Mesin
Penanggung Jawab
Prof. Fredik L. Benu, Rektor Undana Kupang
Drs. Hery L. Sianturi, Dekan Fakultas Sains & Teknik, UNDANA Kupang Dr. Jefri S. Bale, Ketua Program Studi Teknik Mesin, UNDANA Kupang
Penasehat
Dr. Arifin Sanusi, Program Studi Teknik Mesin, UNDANA Kupang Dr. Matheus M. Dwinanto, Program Studi Teknik Mesin, UNDANA Kupang
Wenseslaus Bunganaen, M. T.,
Program Studi Teknik Mesin, UNDANA KupangPanitia Pelaksana
Ketua Umum: Dominggus G. H. Adoe, M. Eng Bendahara: Gusnawati, M. Eng
Publikasi: Muhamad Jafri, M. Eng Perlengkapan: Ben V. Tarigan, M. M.
Editor
Dr. Jefri S. Bale Dr. Arifin Sanusi Yeremias M. Pell, M. Eng
Kristomus Boimau, M. T.
Muhamad Jafri, M. Eng
Boy Bistolen, M. Eng
x
Reviewer
Daud Pulo Mangesa, M. T.
Perancangan dan Mekanika Terapan Rima N. Selan, M. T.
Jack C. A. Pah, M. T.
Wenseslaus Bunganaen, M. T.
Proses Manufaktur Adi Y. Tobe, M. T.
Defmit B. N. Riwu, M. T.
Dr. Arifin Sanusi Muhamad Jafri, M. Eng
Konversi Energi Gusnawati, M. Eng
Ben V. Tarigan, M. M.
Yuftriani Littik, M. Eng Dr. Jefri S. Bale Yeremias M. Pell, M. Eng
Rekayasa Material Kristomus Boimau, M. T.
Dominggus G. H. Adoe, M. Eng Boy Bistolen, M. Eng Wenseslaus Bunganaen, M. T.
Daud Pulo Mangesa, M. T.
Pendidikan Teknik Mesin Rima N. Selan, M. T.
Jack C. A. Pah, M. T.
Adi Y. Tobe, M. T.
ISSN 2623-0313
Eka Satria, Lovely Son, Mulyadi Bur dan Muhammad Dzul Akbar
Lovely Son,Dendi Adi Saputra dan Harsenofal
Meifal Rusli, Hendra Silman, Lovely Son, dan Mulyadi Bur
Eka Satria, Jhon Malta dan Arief Rahmat Hakim
Fona, S., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 091-095
PM-16 | 91
The Influence of Mesh Ratio in Simulating Potential Distribution on Cathodic Protection of Reinforced Concrete Using BEM
Syarizal Fonna*, Syifaul Huzni, Fran Toni dan Rudi Kurniawan
Program Studi Teknik Mesin, Universitas Syiah Kuala, Jl. Tgk. Syech Abdul Rauf No. 7, Darussalam, Banda Aceh 23111
*Corresponding author: [email protected]
Abstract. Corrosion is a serious problem in infrastructure and development sector. One of the areas harmed as the result of corrosion are reinforced concrete. Therefore, corrosion of reinforcing steel in the concrete should be prevented. Sacrificial anode cathode protection (SACP) is one of the ways to protect reinforced concrete from corrosion. However, this method is hard to be evaluated without firstly being applied on the field. This problem can be solved by using Boundary Element Method (BEM). BEM has several advantages compared with other methods because its only requires data on the geometry surface to be calculated.
However, the influence of numerical parameter to BEM performance still need to be studied. This research aims to study the influence of mesh ratio to the potential distribution of SACP of reinforced concrete. The SACP of reinforced concrete is modeled following Laplace's equation. The surface of the concrete was assumed having constant current density as a boundary condition. While the boundary conditions for the anode and cathode represented by their respective polarization curves. BEM simulation was performed to solve Laplace's equation so that potential distributions of domains can be obtained. The case study using steel reinforcement as cathode and Zn as anode shows that the potential distribution on the domain among various mesh ratio have a difference in scale less than 3 mV. Thus, the mesh ratio does not give significant effect to the potential distribution on the SACP reinforced concrete. Further study is needed to be conducted to study the influence of others parameter to the performance of BEM.
Abstrak. Korosi merupakan masalah yang serius dalam bidang infrastruktur dan pembangunan. Salah satu area yang mengalami kerugian akibat korosi adalah sektor beton bertulang. Oleh karena itu, korosi yang terjadi pada baja tulangan dalam beton perlu dicegah. Sistem proteksi katodik anoda korban (SACP) adalah salah satu cara untuk melindungi beton bertulang dari korosi. Akan tetapi metode ini sulit dievaluasi tanpa terlebih dahulu mengaplikasikannya dilapangan. Untuk mengatasi kendala ini dapat menggunakan metode elemen batas (BEM). BEM memiliki kelebihan dibandingkan metode lainnya, karena hanya membutuhkan data dipermukaan geometri yang akan dilakukan kalkulasi. Akan tetapi, pengaruh parameter-parameter numeric terhadap kinerja BEM masih perlu dipelajari. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh parameter rasio mesh terhadap distribusi potensial pada SACP beton bertulang. SACP beton bertulang dimodelkan dengan menggunakan Persamaan Laplace. Permukaan beton diasumsikan memiliki nilai densitas arus konstan sebagai kondisi batasnya. Sementara, kondisi batas untuk anoda dan katoda direpresentasikan oleh kurva polarisasinya masing-masing. Simulasi BEM dijalankan untuk menyelesaikan Persamaan Laplace sehingga distribusi potensial pada domain dapat diperoleh. Studi kasus dengan menggunakan baja tulangan sebagai katoda dan Zn sebagai anoda memperlihatkan bahwa distribusi potensial pada berbagai rasio mesh memiliki perbedaan dalam skala kurang dari 3 mV. Oleh karena itu, parameter rasio mesh tidak memberikan pengaruh yang berarti pada distribusi potensial SACP beton bertulang. Studi lebih lanjut perlu dijalankan untuk mempelajari pengaruh parameter yang lain terhadap kinerja BEM.
Keywords: korosi, BEM, rasio mesh, proteksi katodik, beton bertulang, anoda korban
© 2018. BKSTM-Indonesia. All rights reserved
Pendahuluan
Korosi adalah proses kerusakan logam melalui reaksi elektrokimia yang terjadi antara logam tersebut dengan lingkungannya. Korosi akan mengakibatkan pemborosan sumber daya yang sangat berharga, pemeliharaan/perawatan yang mahal, penurunan efisiensi, biaya overdesign yang
mahal, dan juga membahayakan keselamatan jiwa manusia [1].
Pernyataan dari The World Corrosion Organization (TWCO) menunjukkan bahwa biaya tahunan untuk korosi sebesar $ 2,2 triliun di seluruh dunia. Angka tersebut lebih besar dari 3% dari Produk Domestik Bruto (PDB) dunia [2]. Namun,
Fona, S., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 091-095
PM-16 | 92 pemangku kepentingan khususnya pemerintah dan
industri masih belum banyak memberikan perhatian yang serius terhadap kerugian korosi ini kecuali pada sektor berisiko tinggi seperti pesawat terbang dan jaringan pipa gas alam [2].
Salah satu sektor dari kerugian korosi yang semakin menjadi perhatian adalah korosi pada beton bertulang. Infrastruktur beton seperti dermaga, jembatan, terowongan, gedung dan struktur beton lainnya mengalami kerugian yang tidak sedikit akibat peristiwa korosi [3]. Dengan demikian, upaya pencegahan perlu dijalankan.
Proteksi katodik (cathodic protection/CP) merupakan salah satu metode yang dapat diterapkan untuk mencegah terjadinya korosi pada baja termasuk dalam lingkungan beton. Metode perlindungan korosi ini terbagi menjadi dua yaitu metode sacrificial anode/SACP (anoda korban) dan impressed current/ICCP (arus paksa) [1].
Proteksi katodik anoda korban/SACP banyak digunakan termasuk pada beton bertulang. Hal ini karena tidak membutuhkan sumber arus dari luar dan tidak memerlukan pengawasan khusus yang pada akhirnya berimpak pada pembiayaan yang relatif lebih murah. Namun, evaluasi efektivitas dari perlindungan korosi menggunakan metode tersebut masih bergantung kepada pengalaman operator/ engineer dan trial-error. Oleh karena itu, teknik lain yang lebih unggul untuk mengevaluasi efektivitas perlindungan korosi tersebut sangat diperlukan.
Evaluasi efektivitas anoda korban pada SACP telah dikembangkan dengan menggunakan metode numerik yang salah satunya adalah metode elemen batas (boundary element method/BEM). BEM digunakan karena dianggap sangat sesuai dengan kebutuhan analisis korosi mengingat korosi hanya terjadi pada permukaan logam [4].
Penelitian sebelumnya telah menjalankan simulasi efektivitas anoda korban dari proteksi katodik pada balok beton bertulang dermaga menggunakan BEM [5]. Penelitian tersebut terbatas pada memodifikasi lokasi penempatan anoda korban dari balok beton. Kajian mengenai pengaruh jarak anoda-katoda terhadap performance SACP juga telah dijalankan [6]. Namun, kajian khusus mengenai pengaruh parameter BEM seperti rasio mesh belum dijalankan. Oleh karena itu, penelitian lebih lanjut menjadi penting untuk dilakukan.
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh parameter rasio mesh pada BEM terhadap distribusi potensial dari SACP pada beton bertulang dengan menggunakan BEM-3D dengan merujuk pada penelitian sebelumnya.
Pemodelan Proteksi Katodik Anoda Korban
Sistem SACP untuk beton bertulang dapat dimodelkan dengan mengasumsikan bahwa domain beton (Ω) pada sekeliling baja tulangan dan anoda korban memiliki batas 1 dan berjarak r seperti diperlihatkan pada Gambar 1. Gambar ini merupakan ilustrasi model umum dari sistem SACP pada beton bertulang. Kemudian, anoda korban dan baja tulangan memiliki permukaan yang disimbolkan dengan m2 dan m3. Konduktivitas beton ( ) bernilai tetap dan tidak ada kehilangan atau akumulasi ion pada seluruh domain.
Berdasarkan pada kondisi tersebut di atas, potensial listrik dalam domain beton dapat dimodelkan menggunakan persamaan Laplace [7, 8] seperti ditunjukkan pada Pers. 1.
Nilai densitas arus (i) pada domain beton dinyatakan melalui Pers. 2.
Yang mana adalah konduktivitas elektrik dan / n adalah turunan terhadap vektor normal (n).
Pers. 1 dapat diselesaikan dengan mengetahui beberapa kondisi batas. Kondisi batas ini adalah sebagai mana yang diberikan dalam Pers. 3 untuk anoda korban dan Pers. 4 untuk katoda/baja tulangan.
Yang mana fa(i) dan fc(i) merupakan fungsi/data yang didapat dari kurva polarisasi anoda dan katoda melalui eksperimen.
Gambar 1. Model umum sistem proteksi katodik anoda korban.
Jika seluruh kondisi batas tersebut di atas dapat diketahui, maka Pers. 1 dapat diselesaikan dengan (2)
pada m2
pada m3
(3) (4)
Ω
Γm2
Γm3
Γ1
r n
2 0 pada (1)
Fona, S., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 091-095
PM-16 | 93 menggunakan BEM. Oleh karena itu, potensial
listrik pada permukaan permukaan domain dapat diketahui. Nilai potensial ini yang digunakan untuk evaluasi efektivitas SACP. Prosedur lengkap untuk penyelesaian Pers. 1 dengan BEM tersebut dapat dilihat dalam literatur [9].
Studi Kasus Sistem Proteksi Katodik Anoda korban
Satu sistem SACP pada balok beton bertulang dipilih untuk studi kasus. SACP ini berdasarkan sistem proteksi katodik yang dikaji oleh Wayne Dodds et al. [10]. Kasus tersebut adalah seperti yang perlihatkan pada Gambar 2. Sistem tersebut terdiri dari satu batang baja tulangan dan satu anoda korban yang dicor ke dalam balok beton.
Gambar 2. Studi kasus untuk dievaluasi menggunakan BEM [9].
Kemudian, model 3D dari balok beton bertulang tersebut dibangun dengan menggunakan software open source yaitu Salome Meca. Model ini ditunjukkan dalam Gambar 3.
Gambar 3. Model 3D sistem SACP dari kasus yang dikaji.
Balok beton bertulang tersebut memiliki dimensi dengan panjang 800 mm, lebar 100 mm, dan tinggi 100 mm. Baja tulangan dengan dimensi panjang 610 dan diameter 25 mm. Sedangkan, anoda korban (Zn) dengan diameter 65 mm dan tebal 30 mm.
Sementara, variasi rasio mesh (rasio antara ukuran mesh beton dengan ukuran mesh anoda-katoda) yang digunakan dalam studi ini adalah 4,2; 5; 6,25.
Rincian mengenai mesh ini dapat dilihat dalam Tabel 1.
Tabel 1. Variasi mesh yang digunakan No.
variasi
Ukuran mesh beton
(cm)
Ukuran mesh anoda-
katoda (cm)
Rasio mesh
1 50 12 4,2
2 50 10 5
3 50 8 6,25
Seterusnya, kondisi batas untuk permukaan be on ( 1) ditetapkan dengan densitas arus sama dengan nol (i=0). Kondisi ini dikarenakan mengingat rendahnya konduktivitas listrik yang dimiliki oleh beton. Kondisi batas untuk permukaan Zn ( m2) dan baja langan ( m3) mengikuti Pers. 3 dan Pers. 4. Kedua persamaan tersebut dibangun berdasarkan kurva polarisasi masing-masing logam yang diberikan dalam Gambar 4.
Nilai potensial yang diberikan dalam kurva polarisasi Gambar 4 merujuk kepada elektroda referensi SCE yang kemudian dikonversi menjadi rujukan terhadap elektroda referensi Cu/CuSO4
agar sesuai dengan standar NACE. Konduktivitas beton yang digunakan dalam studi ini adalah sebesa 0,007 -1m-1 [8].
Gambar 4. Grafik polarisasi seng, tembaga, dan besi [11].
Dengan seluruh kondisi batas bagi model tersebut telah ditetapkan, simulasi sistem proteksi katodik dengan menggunakan BEM dapat dijalankan. Selanjutnya, distribusi nilai potensial Beton
Baja
tulangan
Anoda
korban
Fe Zn
Fona, S., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 091-095
PM-16 | 94 yang diperoleh dari simulasi divisualisasikan untuk
dianalisis.
Hasil Simulasi dan Pembahasan
Hasil simulasi menggunakan BEM untuk sistem SACP pada balok beton bertulang dengan rasio mesh 4,2 dapat dilihat pada Gambar 5. Pada gambar tersebut terlihat bahwa distribusi potensial listrik pada permukaan baja tulangan menunjukkan nilai antara -906,618 s.d -1095,94 mV. Nilai potensial yang paling negatif berada pada bagian permukaan yang berdekatan dengan anoda korban.
Gambar 5. Distribusi potensial pada permukaan beton untuk rasio mesh 4.2.
Gambar 6 dan 7 memperlihatkan distribusi nilai potensial listrik pada permukaan beton dengan rasio mesh 5 dan 6,25. Distibusi nilai potensial untuk rasio mesh 5 adalah antara -906,822 s.d -1096,37 mV. Sedangkan untuk rasio mesh 6,25 adalah dalam rentang -906,939 s.d -1097,82 mV. Kedua gambar tersebut juga menunjukkan bahwa nilai paling negatif berada pada bagian yang berdekatan dengan anoda korban.
Gambar 6. Distribusi potensial pada permukaan beton untuk rasio mesh 5.
Gambar 7. Distribusi potensial pada permukaan beton untuk rasio mesh 6.25.
Kemudian, efektivitas sistem SACP dalam melindungi korosi dapat dinilai dari tercapainya nilai potensial proteksi mengikuti standar yang ada.
Nilai potensial proteksi umumnya mengikuti standar NACE yaitu <-850 mV (vs Cu/CuSO4).
Merujuk kepada hasil simulasi di atas memperlihatkan bahwa nilai potensial yang diperoleh telah masuk ke dalam kriteria proteksi.
Hasil simulasi memperlihatkan bahwa nilai potensial pada permukaan tulangan sebesar <-900 mV.
Nilai absolut:
Maks: -1095,94 mV Min: -906,618 mV
Nilai absolut:
Maks: -1096,37 mV Min: -906,822 mV
Nilai absolut:
Maks: -1097,82 mV Min: -906,939 mV
Fona, S., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 091-095
PM-16 | 95
Gambar 8. Perbandingan distribusi potensial untuk masing-masing rasio mesh pada permukaan beton.
Selanjutnya, Gambar 8 memperlihatkan perbandingan distribusi potensial antara variasi rasio mesh yang telah disimulasikan. Pada gambar tersebut terlihat bahwa perbedaan nilai potensial antara ketiga variasi rasio mesh tersebut lebih kecil dari 3 mV. Nilai ini cukup kecil sehingga dapat dinyatakan bahwa rasio mesh belum menunjukkan pengaruh yang berarti bagi distribusi nilai potensial.
Kesimpulan
BEM telah diaplikasikan untuk simulasi sistem SACP pada balok beton bertulang untuk mempelajari pengaruh parameter rasio mesh terhadap distribusi potensial pada beton. Hasil simulasi menunjukkan bahwa rasio mesh belum memberi pengaruh yang berarti pada distribusi potensial tersebut. Namun, perlu adanya penelitian lanjutan guna mengklarifikasi hasil tersebut dengan menggunakan rasio mesh yang lebih ekstrim.
Penelitian lebih lanjut juga perlu dilakukan untuk mempelajari pengaruh parameter yang lain terhadap kinerja BEM.
Penghargaan
Penelitian ini dibiayai dengan Penelitian Dasar Unggulan Perguruan Tinggi 2018 nomor kontrak 47/UN11.2/PP/SP3/2018.
Referensi
[1] Roberge, P.R., 2000, Handbook of corrosion engineering, McGraw-Hill Inc., New York.
[2] Information on:
http://corrosion.org/Corrosion+Resources/Publ ications/_/nowisthetime.pdf (diakses pada 15 September 2018).
[3] Information on:
https://www.openaccessgovernment.org/wp- content/uploads/2014/06/ETH-Zurich-ebook- web.pdf (diakses pada 15 September 2018).
[4] Information on:
http://web.stanford.edu/class/energy281/Bound aryElementMethod.pdf (diakses pada 15 September 2018)
[5] Fonna, S. et al., 2015. Evaluation of CP system on reinforced concrete pier using 3D boundary element method, Proceedings of The 5th Annual International Conference Syiah Kuala University (AIC Unsyiah), 96-100, September 9-11, Banda Aceh, Indonesia
[6] Fonna, S. dkk. 2017. Simulation on the effect of anode-cathode distance on reinforced concrete cathodic protection using BEM, Prosiding SNTTM XVI, Oktober 2017, 96- 100.
[7] Fonna, S. et al. 2016. Simulation of the ill- posed problem of reinforced concrete corrosion detection using boundary element method, International Journal of Corrosion 2016, 1-5.
[8] Fonna, S. et al. 2013. Inverse analysis using particle swarm optimization for detecting corrosion profile of rebar in concrete structure, Engineering Analysis with Boundary Elements 37, 585 593
[9] Aoki, S. and Kishimoto, K. 1990. Aplication of BEM to galvanic corrosion and cathodic protection. in: Brebbia, C.A., Topics in boundary element research, Springer-Verlag, New York.
[10] Dodds, W. et al., 2014. Performance evaluation of galvanic anodes through laboratory testing and on-ste monitoring, RILEM International workshop on performance-based specification and control of concrete durability, 175-182, 11-13 June 2014, Zagreb, Croatia
[11] Kasper, R.G. and April, M.G. 1983.
Electrogalvanic finite element analysis of partially protected marine structure, Corrosion 39, 181-188.2
Mesh 12
Mesh 10
Mesh 8 Min Value -906.618 -906.822 -906.939 Max Value -1095.94 -1096.37 -1097.82
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0
Potensial Korosi (mV)
Rasio mesh 4,2
Rasio mesh 5
Rasio mesh 6,25
