BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Air merupakan unsur yang vital dalam kehidupan manusia. Seseorang tidak dapat bertahan hidup tanpa air, karena itulah air merupakan salah satu penopang hidup bagi manusia. Ketersediaan air di dunia ini begitu melimpah ruah, namun yang dapat dikonsumsi oleh manusia untuk keperluan air minum sangatlah sedikit. Selain itu, kecenderungan yang terjadi sekarang ini adalah berkurangnya ketersediaan air bersih itu dari hari ke hari. Semakin meningkatnya populasi, semakin besar pula kebutuhan akan air minum. Disamping bertambahnya populasi manusia, kerusakan lingkungan merupakan salah satu penyebab berkurangnya sumber air bersih. Abrasi pantai menyebabkan rembesan air laut ke daratan, yang pada akhirnya akan mengontaminasi sumber air bersih yang ada di bawah permukaan tanah. Pembuangan sampah yang sembarang di sungai juga menyebabkan air sungai menjadi kotor dan tidak sehat untuk digunakan. Di Indonesia sendiri diperkirakan, 60 persen sungainya, terutama di Sumatera, Jawa, Bali, dan Sulawesi, tercemar berbagai limbah, mulai dari bahan organik hingga bakteri coliform dan fecal coli penyebab diare. Berkaitan dengan krisis air ini, diramalkan 2025 nanti hampir dua pertiga penduduk dunia akan tinggal di daerah-daerah yang mengalami kekurangan air). Ramalan itu dilansir World Water Assesment Programme (WWAP), bentukan United Nation Educational, Scientific and Cultural Organization (Unesco). Lembaga itu menegaskan bahwa krisis air didunia akan memberi dampak yang mengenaskan. Tidak hanya membangkitkan epidemi penyakit yang merenggut nyawa, tapi juga akan mengakibatkan bencana kelaparan. (WWAP dan UNESCO. World Water
Summit Journal. 2013)
Desalinasi adalah proses pengurangan kadar garam pada air laut, air payau, atau air limbah. Proses desalinasi biasanya digunakan untuk mengolah air laut menjadi air bebas mineral yang dapat dikonsumsi oleh manusia (Retno, 2001). Bagian dari air murni terbentuk dalam aliran produk, garam yang terlarut terkumpul dalam aliran limbah (brine) yang dibuang dari sistem sebagai blow
down. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan kandungan
garam terlarut kurang dari 500 mg/l, yang dapat digunakan untuk keperluan domestik, industri, dan pertanian (Majari Magazine, 2011).
Energi terbarukan yang digunakan oleh proses desalinasi umumnya berupa energi surya, angin, dan geothermal. Diantara ketiganya, 57% sistem desalinasi disuplai dengan tenaga surya sebagai energi terbarukan (Eltawil dkk, 2009). Bahkan Negara yang kaya akan bahan bakar fosil seperti Timur Tengah dan Bangsa Arab juga telah mengubah perhatian mereka pada energi surya dengan tujuan dapat menyediakan air bersih tanpa mencemari lingkungan
(www.medrc.org). Klasifikasi sistem desalinasi tenaga surya dapat dilihat pada
gambar 1.1.. Klasifikasi sistem desalinasi tenaga surya dapat dilihat pada gambar 1.1 berikut.
Gambar 1.1. Klasifikasi Sistem Desalinasi Surya (Ali dkk, 2011)
Instalasi desalinasi biasanya menggunakan air laut (langsung dari lautan diambil jauh dari pantai dan garis pipa, atau dari mata air dekat pantai, atau laut dalam), air tanah yang payau atau air yang dikembalikan sebagai umpan. Hampir
semua proyek desalinasi dalam skala besar menggunakan air laut sebagai umpan. Air laut yang digunakan sebanyak 72,9% sebagai umpan instalasi desalinasi. Pipa pengambilan umpan air untuk instalasi desalinasi harus diletakkan jauh dari saluran buangan pabrik untuk menghindari agar buangan tidak terambil. Produk air desalinasi biasanya lebih murni dari air minum standar. Jadi ketika air hendak digunakan untuk kebutuhan sehari-hari biasanya dicampur dengan air yang mengandung TDS yang lebih tinggi. Air hasil desalinasi murni biasanya sangat asam dan menyebabkan korosi pada pipa jadi harus harus dicampur dengan sumber air lain yang diambil dari luar atau dengan mengatur pH, kesadahan dan alkaliitas sebelum dialirkan keluar (Retno, 2001). Diagram Pourbaix yang ditunjukkan pada gambar 1.2 menunjukkan pengaruh pH terhadap aluminum dan logam paduannya dalam keadaan lingkungan kerja tertentu.
Gambar 1.2 Diagram Pourbaix (pH diagram) untuk Aluminium dan Logam Paduannya (www.winmate.com.tw)
Banyak sekali tipe kerusakan yang dapat dialami oleh sistem/struktur yang digunakan pada pengoperasian di daerah atau berhubungan dengan air laut, istilah ‘aqueous corrosion’ menjelaskan mayoritas kejadian yang ditemukan tersebut. Air laut dengan kandungan garam didalamnya merupakan elektrolit alami yang
paling efisien, kandungan oksigen yang tetap berada dalam air laut akan mempercepat serangan garam pada logam. Konsentrasi oksigen berbeda yang terlarut dalam permukaan air menyebabkan kerusakan terpusat dikarenakan kandungan oksigen merupakan yang rendah. Selain air laut itu sendiri yang memang sudah berbahaya, ia memiliki beberapa ‘teman’ lain yang membantunya untuk merusak logam dan non-logam, makhluk hidup yang hidup di dalam air laut juga meningkatkan sifat destruktifnya. Organisme mikro-organisme, kumpulan/sisa sampah, rumput, pasir, lendir dan lainnya tidak hanya akan mengurangi oksigen, tetapi juga membentuk korosi lokal tersendiri yang mempercepat kerusakan. Pelapisan maupun penggunaan struktur komposit tetap dapat mengalami degradasi secara cepat, sehingga tindakan pencegahan maupun pembelajaran terhadap sistem yang beroperasi menggunakan air laut harus diaplikasikan sesegera mungkin.
Faktor utama untuk mencegah korosi adalah desain, pemilihan material, konstruksi, penggunaan dan perawatannya. Apabila salah satu faktor tersebut tidak terpenuhi maka kegagalan total dipastikan akan terjadi dalam suatu sistem. Dalam suatu survey, 30% kerusakan peralatan, mesin maupun kapal disebabkan oleh korosi dimana kerusakan ini belum termasuk waktu perawatan, losses produksi dan efisiensi serta biaya tambahan lainnya yang berhubungan dengan cara mengatasi kerusakan oleh korosi (www.marrinecorrosionforum.org.). Pengaruh korosi terhadap keselamatan dan hidup manusia telah memakan korban yang tidak sedikit, beberapa peristiwa seperti jatuhnya pesawat di Hawaii tahun 1988, runtuhnya jembatan di West Virginia tahun 1967, ledakan dan bocornya sambungan pipa di Minnesta tahun 1986 memberikan sebuah contoh tentang pentingnya pembelajaran korosi proses, klasifikasi, pembahasan, laju dan cara penanggulangan mengenai korosi akan dibahas lebih lanjut pada bab 2.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengidentifikasi dan menentukan besarnya laju korosi yang terjadi pada evaporator sebagai APK (Alat Penukar Kalor) dalam sistem desalinasi air
perhitungan weight-loss dan metode polarisasi dapat dipakai dalam perhitungan laju korosi apabila benar korosi dapat terjadi dengan kondisi kerja sistem yang telah ditentukan.
2. Mengidentifikasi dan membuktikan apakah penggunaan stainless-steel konvensional tipe SAE-304 dapat digunakan sebagai bahan evaporator sebagai APK dalam sistem desalinasi air laut.
3. Mendapatkan pola pemeliharaan yang sesuai pada evaporator sistem desalinasi air laut sehingga umur pakai pompa dapat bertahan sesuai spesifikasi yang diharapkan dan layak digunakan.
4. Melakukan penelitian secara eksperimental dan mendapatkan data laju korosi melalui metode perhitungan laju korosi weight-loss.
5. Membangun model komputasional dan melakukan simulasi untuk mendapatkan nilai laju korosi dengan metode perhitungan polarisasi dan deformasi yang terjadi akibat korosi pada permukaan evaporator serta dampak dari deformasi tersebuti.
6. Melakukan validasi dengan membandingkan hasil laju korosi secara komputasional dengan eksperimental pada evaporator sistem desalinasi air laut.
1.3 Manfaat Penelitian
1. Secara aspek akademis, penelitian ini berhubungan dengan mata kuliah Menggambar Mesin I dan II, Ilmu Logam Fisik, Fatik dan Korosi, Condition Based Maintenance ( CBM ), serta Analisa Kegagalan sehingga dengan dilakukannya penelitian ini dapat menambah wawasan serta mengembangkan pola pikir tentang pemanfaatan energi surya yang tersedia sepanjang tahun dan ramah lingkungan
2. Secara aspek praktis, penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan untuk penyediaan air bersih di daerah pesisir pantai maupun dijadikan acuan dalam penelitian berikutnya.
1.4 Batasan Masalah Penelitian
Adapun batasan masalah pada penelitian skripsi ini adalah : 1. Kapasitas panas material evaporator dan kondensor diabaikan
2. Temperatur pada masing-masing komponen adalah seragam atau tidak ada variasi temperatur di evaporator dan kondensor.
3. Sumber panas menggunakan pemanas listrik agar suplai panas ke evaporator merata dan tidak mengganggu perhitungan konfigurasi evaporator dan kondensor
4. Pemilihan material stainless-steel tipe 304 dalam evaporator sebagai logam yang akan dianalisis dalam proses terjadinya korosi.
5. Kondisi luar (lingkungan) evaporator diabaikan.
6. Kadar timbunan sisa garam (brine) yang tertinggal dalam evaporator diabaikan.
7. Laju korosi dalam evaporator dianggap linear (uniform corrosion) 8. Aliran fluida dalam sistem diasumsikan laminar karena kecepatan fluida
kerja baik dalam alat penukar kalor, evaporator dan kondensor sangat kecil
1.5 Metodologi Penulisan
1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait.
2. Browsing internet, berupa studi jurnal – jurnal, artikel ilmiah, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
3. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
