ANALISIS KEGAGALAN PIPA PRIMARY SEPARATOR

(1)

ANALISIS KEGAGALAN PIPA

PRIMARY SEPARATOR

HENING PRAM PRADITYO

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

(2)

Judul

:

Analisis Kegagalan Pipa Primary Separator

Nama

: Hening Pram Pradityo

NIM

: G74080036

Departemen : Fisika

Menyetujui

Pembimbing I

Pembimbing II

Drs. Muh Nur Indro M.Sc Drs. Anthonius Sitompul M.T.

Mengetahui

Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si

Ketua Departemen Fisika

(3)

Skripsi

ANALISIS KEGAGALAN PIPA

PRIMARY SEPARATOR

Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan tugas akhir di deparetemen

Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

oleh

Hening Pram Pradityo

G74080036

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(4)

RIWAYAT HIDUP

HENING PRAM PRADITYO, lahir di Kediri, 16 Nopember 1990. Hari-hari kecilnya dibesarkan bersama orang tua Ayahanda Pramudi Utomo dan Ibunda Sumiyati. Putra pertama dari tiga bersaudara ini, mengemban pendidikan formal Sekolah Dasar di MI Muhammadiyah 1 Pare, SMP Muhammadiyah 1 Pare, dan SMA Negeri 2 Pare. Sekarang penulis telah berhasil menyelesaikan studi Strata 1 (S1) di jurusan Fisika, fakultas Matematika dan IPA Institut Pertanian Bogor. Selain itu, pendidikan non-formal penulis dapatkan dari Cisco Networking Academy Program, dengan tingkat CCNA.

Keseharian penulis diisi dengan kuliah, ibadah, organisasi dan olahraga. Penulis ikut aktif dalam Organisasi Mahasiswa Daerah Asal, Kamajaya Kediri. Penulis adalah seorang warga Muhammadiyah. Sejak SMP hingga SMA, telah mengikuti organisasi Ikatan Pelajar Muhammadiyah dan ketika menjadi bagian dari kader Ikatan Mahasiswa Muhammadiyah hingga sekarang. Penulis juga memiliki hobi olahraga panahan dan pernah aktif secara atlet dan secara organisasi dalam Unit Kegiatan Mahasiswa Cabor Panahan IPB.

Beberapa kompetisi yang pernah penulis ikuti adalah Pekan Olahraga Mahasiswa Nasional 2009 di Palembang dan Kejuaraan Nasional Panahan Indoor Ganesha Open di Institut Teknologi Bandung. Penulis juga pernah mengikuti kompetisi nasional Cisco Indonesia Netriders pada tahun 2011 di Surabaya dan pada tahun 2012 di Bogor.

(5)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan

rahmat dan hidayah-Nya, sehingga saya sebagai penulis dapat menyelesaikan

penelitian yang berjudul

analisis kegagalan pipa primary separator.

Hasil penelitian ini disusun agar penulis dapat menyelesaikan tugas akhir

di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut

Pertanian Bogor. Penelitian dilaksanakan dari bulan Maret 2012 – Mei 2012.

Akhir kata, semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat untuk kita

semua. Penulis menyadari bahwa hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna,

sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi

kemajuan aplikasi hasil penelitian yang dikembangkan ini.

Bogor, 20 Juli 2012

(6)

UCAPAN TERIMA KASIH

1. Alloh Subhanahu wa ta’ala, Tuhan Yang Maha Esa. Atas segala limpahan

rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis berupa kesehatan dan usia yang

sangat berharga.

2. Muhammad Salallohu alaihi wassalam. Nabi dan Rosul, utusan Alloh SWT.

Yang memberikan banyak tauladan hidup pada penulis, sehingga tetap berada

di jalan-Nya.

3. Bapak Pramudi Utomo dan Ibu Sumiyati, sosok orang tua yang selalu

memberi kasih sayang dan motivasi lahir batin kepada penulis.

4. Bapak Drs. Muh Nur Indro, M.Sc. sebagai Pembimbing I atas bimbingannya

selama perkuliahan, penelitian hingga sidang sarjana.

5. Bapak Drs. Anthonius Sitompul, M.T. sebagai Pembimbing II atas

bimbingannya selama penelitian hingga penulisan skripsi ini selesai.

6. Bapak Dr. Akhiruddin Maddu dan Bapak Abd. Djamil Husin, M.Si sebagai

dosen penguji atas saran dan bimbingannya selama penelitian hingga sidang

sarjana.

7. Bapak Mahfuddin Zuhri, M.Si. atas bimbingan dan dukungannya dalam

belajar jaringan Cisco.

8. Ibu Dhamayanti Adhidarma, Ph.D atas bimbingan dan dukungannya dalam

berlatih panahan.

9. Bapak Firman dan Bapak Jun atas bantuannya dalam administrasi di

departemen fisika.

10. Wahyu Dewanti Lestari, seorang kekasih yang selalu ada untuk memberikan

dukungan bagi penulis.

11. Rifka, Hezti, Bambang, rekan-rekan fisika angkatan 45 yang membantu

penulis dalam menyelesaikan penelitian.

12. Kak Damas, kak Chanse, Farqan, Fery, Zainal, Bagoes, rekan-rekan cisco

yang memberi support dalam belajar cisco.

13. Rahman, Rifky, Ashraf, Aryo, Erik, Deden, Dwi dan Ashley, warga Soka 4,

atas supportnya.

14. Mas Akbar, Argha, Frandy, Dody, Grahan, Rado, dkk. teman-teman omda

Kediri yang selalu mengobati rasa kangen penulis.

15. Gilang, Izzah, Akfia, Icha, dkk. teman-teman IMM seperjuangan, merah jalan

kami.

16. Tony, Agus, Gusmen, Adi, Mey, dkk. teman-teman UKM Panahan yang

selalu menemani dalam berlatih.

17. Rekan-rekan fisika angkatan 44, 43, 46, dan 47.

(7)

ABSTRAK

Hening Pram Pradityo.2012.

Analisis Kegagalan Pipa Primary Separator

. Skripsi.

Departemen Fisika. Fakultas MIPA. Institut Pertanian Bogor.

Analisis kegagalan dilakukan untuk mengetahui jenis korosi yang menyerang

beserta penyebab terjadinya korosi pada pipa. Pengujian dilakukan secara visual

dengan menggunakan mata dan kamera digital, pengujian secara makroskopik

dengan mikroskop stereo dan secara mikroskopik dengan mikroskop optik dan

SEM. Analisis unsur-unsur pada pipa dilakukan dengan OES dan EDS. Analsis

senyawa kimia pada pipa dilakukan dengan XRD. Hasil pengujian visual

menunjukkan terjadinya penipisan pada pipa. Hasil pengujian makroskopik dan

mikroskopik menunjukkan bahwa jenis serangan korosi adalah

general corrosion,

pitting corrosion,

dan

erosion corrosion

. Berdasarkan hasil pengujian unsur-unsur

pada pipa, komposisi unsur pembentuk pipa tidak sesuai dengan standard

American Petroleum Institute

(API). Hasil pengujian senyawa kimia

membuktikan bahwa penyebab terjadinya korosi adalah senyawa CO

2

dan H

2

S

yang ikut mengalir bersama dengan minyak mentah.

(8)

ABSTRACT

Hening Pram Pradityo.2012.

Failure Analysis on Primary Separator Pipeline

.

Skripsi. Physics Departmen. MIPA Faculty. Bogor Agricurtular University.

Failure Analysis used in order to study what type of corrosion that attack pipeline

and causes of corrosion to be occurred. Visual examination done by eyes and

digital camera, macroscopic examination by stereo microscope, and microscopic

examination by optical microscope and Scanning Electron Microscope (SEM).

Elements analysis on pipeline by Optical Emission Spectroscopy (OES) and

Energy Dispersive Spectroscopy (EDS). Compound analysis done by XRD.

Visual examination result that decimation is occured in pipeline. This decimation

is because of corrosion. Macroscopic and micorscopic examination result that

type of occured corrosion is general corrosion, pitting corrosion and erosion

corrosion. Based on result of elements analysis, elements that form pipeline is not

appropriate to American Petroleum Institute

(API) standard. Compound analysis

show that causes of occurred corrosion are included CO

2

and H

2

S in sour crude

oil.

(9)

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR ... ii

DAFTAR TABEL ... iii

DAFTAR LAMPIRAN ... iv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 2

BAB III BAHAN DAN METODE ... 12

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 23

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 38

DAFTAR PUSTAKA ... 39

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 ... 2

Gambar 2.2 ... 3

Gambar 2.3 ... 4

Gambar 2.4 ... 4

Gambar 2.5 ... 7

Gambar 2.6 ... 7

Gambar 2.7 ... 7

Gambar 2.8 ... 8

Gambar 2.9 ... 8

Gambar 2.10 ... 8

Gambar 2.11 ... 9

Gambar 3.1 ... 12

Gambar 3.2 ... 15

Gambar 3.3 ... 16

Gambar 3.4 ... 18

Gambar 3.5 ... 19

Gambar 3.6 ... 20

Gambar 3.7 ... 20

Gambar 3.8 ... 21

Gambar 3.9 ... 21

Gambar 4.1 ... 23

Gambar 4.2 ... 24

Gambar 4.3 ... 24

Gambar 4.4 ... 24

Gambar 4.5 ... 25

Gambar 4.6 ... 25

Gambar 4.7 ... 26

Gambar 4.8 ... 26

Gambar 4.9 ... 27

Gambar 4.10 ... 27

Gambar 4.11 ... 28

Gambar 4.12 ... 28

Gambar 4.13 ... 29

Gambar 4.14 ... 29

Gambar 4.15 ... 30

Gambar 4.16 ... 30

Gambar 4.17 ... 30

Gambar 4.18 ... 31

Gambar 4.19 ... 31

Gambar 4.20 ... 32

Gambar 4.21 ... 33

Gambar 4.22 ... 34

Gambar 4.23 ... 35

Gambar 4.24 ... 35

Gambar 4.25 ... 36

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 1 ... 3

Tabel 2 ... 6

Tabel 3 ... 6

Tabel 4 ... 23

Tabel 5 ... 25

Tabel 6 ... 32

Tabel 7 ... 33

Tabel 8 ... 34

Tabel 9 ... 57

Tabel 10 ... 57

Tabel 11 ... 57

(12)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 ... 41

Lampiran 2 ... 42

Lampiran 3 ... 45

Lampiran 4 ... 57

Lampiran 5 ... 58

(13)

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Baja merupakan salah satu bahan yang paling banyak dipakai sebagai bahan komponen kerja di bidang industri karena memiliki beberapa sifat fisik yang mendukung dalam proses kerja, ketahanannya di berbagai macam lingkungan, maupun dari segi harganya. Industri perminyakan menggunakan pipa dari bahan baja untuk mengalirkan minyak dari sumber ke tempat pemrosesan. Salah satu bagian dari pemrosesan minyak adalah pipa primary separator.

Pipa primary separator adalah pipa yang berfungsi sebagai media pemisah minyak dan air berdasarkan perbedaan berat jenis.1 Pipa ini terletak di permukaan tanah dan dialiri oleh minyak mentah yang masih bercampur dengan air. Minyak mentah yang mengalir tersebut berasal dari reservoir bawah tanah. Pipa terbuat dari logam yang tahan terhadap kondisi lingkungan dan cuaca. Ketika minyak dialirkan melalui pipa tersebut, banyak jenis unsur dan senyawa yang melewati pipa.

Dalam penelitian ini, pipa primary separator telah mengalami kegagalan atau kerusakan. Setelah sekian lama pemakaian pipa tersebut, diperoleh korosi pada bagian dalam pipa bahkan ditemukan adanya lubang pada pipa. Kemudian pipa di bawa ke laboratorium untuk dilakukan analisis sehingga dapat diketahui penyebab korosi pada pipa.

Kegagalan dari pipa primary separator ini dapat menimbulkan

kerugian dari segi biaya, waktu, dan teknis. Dari segi biaya dan waktu, untuk memperbaiki pipa yang rusak dibutuhkan biaya yang cukup besar dan waktu yang lama. Dari segi teknis, kerusakan ini akan menghambat kerja dari proses eksploitasi minyak.

Untuk menganalisis keadaan pipa dan korosi, dilakukan analisis kegagalan. Analisis kegagalan adalah serangkaian proses pengujian yang dilakukan pada sampel sehingga dapat diketahui penyebab kegagalannya. Tugas akhir ini dilakukan untuk mempelajari penyebab terjadinya korosi pada pipa.

Tujuan

1. Melakukan pengujian secara visual dan makroskopik.

2. Melakukan pengujian secara mikroskopik.

3. Menganalisis unsur-unsur dan senyawa kimia pada pipa dan produk korosi.

4.

Menentukan penyebab korosi pada pipa.

Rumusan Permasalahan

1. Adakah unsur atau senyawa yang menyebabkan korosi pada pipa minyak?

2. Bagaimana korosi pada pipa bisa terjadi?

Hipotesis

Pada minyak mentah terdapat senyawa-senyawa seperti CO2 dan H2S yang dapat menyebabkan pipa terkorosi.

(14)

BAB II

TINJAUAN

PUSTAKA Baja

Baja merupakan campuran logam yang mengandung besi sebagai penyusun utamanya dengan kandungan unsur karbon (C) kurang dari 2%. Jika karbonnya lebih dari 2%, maka campuran logam tersebut disebut sebagai cast iron. Baja terdapat dalam 90 % dari struktur material yang telah dibuat.2

Kinerja dari baja tergantung pada sifat-sifat yang terkait dengan mikrostrukturnya yang dihasilkan dari berbagai tahapan fasa makroskopik dengan komposisi dan kondisi olahan tertentu.3 Karbon sangat berhubungan dengan perubahan sifat pada baja. Umumnya kadar karbon dibuat rendah pada baja yang memerlukan keuletan (ductility) tinggi, ketangguhan ( tough-ness) tinggi, dan pengelasan (weldability) yang baik, tetapi kadar karbon diper-tahankan pada tingkat yang lebih tinggi pada baja yang membutuhkan kekuatan (strength) tinggi, kekerasan (hardness) tinggi, ketahanan lelah (fatigue resistance), dan ketahanan aus (wear resistance).3

Gambar 2.1 di berikut menunjukkan grafik kekerasan sebagai fungsi dari kandungan karbon untuk beberapa jenis mikrostruktur dalam baja.

Gambar 2.1 Kekerasan sebagai fungsi dari kandungan karbon4

Kekerasan (hardness) telah dihitung dan secara umum berbanding lurus dengan kekuatan (strength) dan berbanding terbalik dengan daktilitas (ductility) dan ketangguhan (toughness).

Baja juga mengandung banyak unsur tambahan yang mengisi batas-batas fasa besi-karbon. Unsur-unsur seperti mangan dan nikel merupakan penyetabil austenit, yang menurunkan temperatur kritis. Unsur-unsur seperti silikon, krom, dan molibdenum merupakan penyetabil ferit dan pembentuk karbida, yang meningkatkan temperatur kritis dan menyusutkan fasa austenit. Unsur-unsur yang lain seperti titanium, niobium, dan vanadium, bisa memicu dispersi dari nitrida, karbida, dan karbonitirida yang bergantung-temperatur dalam austenit.5

Jenis baja dibagi menjadi dua, yaitu

plain carbon steel dan alloy steel. Plain carbon steel adalah campuran logam dari besi dan karbon yang juga mengandung mangan dan beberapa unsur residu. Unsur residu ini berasal dari sisa material yang digunakan dalam proses produksi. Berdasarkan The American Iron and Steel Institute (AISI), kandungan mangan maksimum adalah 1,65%, Si kurang dari 0,6%, dan Cu kurang dari 0,6%. Semakin kecil kandungan oksida, sulfida, dan silikat, semakin bersih baja tersebut. Baja diproduksi melalui proses peleburan dan pemadatan menjadi suatu bentuk batangan.6 Persentase komposisi penyusun baja plain carbon steel dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.

Tabel 1. Perbedaan komposisi pada plain carbon steel.7

Steel Type % mass C % mass Mn Low-carbon steels Up to 0,3 Up to 1,5 Medium-carbon steels 0,3 to 0,6 0,6 to 1,65 High-carbon steels 0,6 to 1 0,3 to 0,9 Ultrahigh-carbon steels 1,25 to 2 -

(15)

Plain carbon steel hanya memiliki unsur tambahan Mn, S, dan P, sedangkan

Alloy Steel memiliki lebih banyak unsur lain yang ditambahkan. Alloy Steel

dikelompokkan berdasarkan keperluannya (Contoh: stainless steel), berdasarkan penggunaannya (Contoh: tool steel) atau berdasar pengaruh panasnya (Contoh:

maraging steels).

Transformasi Struktur Baja

Pada pemanasan sepotong besi murni dari temperatur ruang hingga titik lelehnya, terdapat beberapa transformasi kristal yang terjadi. Ketika besi berubah dari satu bentuk kristal ke bentuk yang lainnya, temperatur relatif tetap hingga terjadi perubahan bentuk. Kalor yang dibutuhkan disebut kalor laten. Dua bentuk kristal tersebut adalah ferrit dan austenit.

Ferrite α-iron memiliki struktur kristal BCC, stabil pada suhu di bawah 911oC, dan ferrite δ-iron di atas 1392 oC hingga titik lelehnya. Austenite, yang disebut sebagai γ-iron, memiliki sturktur kristal FCC, stabil antara 911oC hingga 1392 oC.8

Susunan atom dalam logam berbentuk tiga dimensi yang sering disebut struktur kristal. Pada besi, terlihat kubus yang tersusun vertikal maupun horizontal. Sudut-sudut kubus ditempati oleh satu atom, dan setiap sudut atom berhubungan dengan delapan kubus. Unsur paling penting dalam pembuatan baja adalah karbon. Pada temperatur ruang, komposisi karbon pada alfa-iron sangat sedikit. Karbon yang bergabung dengan karbida besi, disebut cementite, Fe3C. Karbida besi bergabung dengan ferit membentuk pearlite, dengan kandungan karbon berkisar antara 0,80%. Logam yang mengandung karbon sebanyak 0,80% disebut eutectoid.9

Pearlite adalah mikrostruktur yang terbentuk dari austenit selama proses pendinginan baja. Selama proses pembentukan pearlit, selain difusi atom karbon, atom besi juga berpindah antara

austenite dan pearlite. Transfer atom besi ini penting dalam menyelesaikan perubahan austenite, ferrite, dan cementite. Pada temperatur kritis yang rendah, difusi atom ini tidak mungkin terjadi, dan atom besi menyelesaikan perubahan struktur kristalnya dengan pemindahan kooperatif. Hasil mekanisme transformasi ini adalah tipe mikrostruktur

bainite. Mikrostruktur lain dalam baja adalah martensite, martensite adalah fasa yang paling mempengaruhi kekerasan (hardness) dan kekuatan (strength) dari baja. Transformasi martensite tanpa diikuti difusi dan muncul selama proses pendinginan dengan kecepatan tinggi untuk menekan difusi dari transformasi

autenite menjadi ferrite, pearlite, dan

bainite. Baik atom besi maupun atom karbon tidak dapat berdifusi.10

Secara umum, terbentuknya beberapa mikrostruktur di atas, dapat dilihat pada Gambar 2.2. Fasa kristal baja dipengaruhi oleh komposisi karbon dan temperaturnya, ini terlihat pada diagram fasa (Gambar 2.3)

Gambar 2.2 Jenis-jenis mikrostruktur baja terbentuk melalui proses pendinginan10

3

(16)

Gambar 2.3 Diagram Fasa Baja11

Gambar 2.4 Mikrostrutktur Fe dilihat dengan mikroskop optik (100x)11

Untuk melihat struktur besi secara mikro. Perlu dilakukan teknik metalografi pada sampel. Setelah melalui proses

polishing dan eching, sampel dilihat dengan mikroskop optik hingga perbesaran 100x, seperti pada Gambar 2.4 di atas. Area yang diberi nomor 1 sampai 5 disebut dengan butir besi. Batas antara nomor 4 dan 5 (ditunjukkan tanda panah) disebut batas butir.

Ketika besi ferrite dipanaskan hingga mencapai 912oC, rangkaian butir ferrite

berubah menjadi rangkaian baru butir

austenite. Pertama, perubahan terjadi pada batas butir. Kedua, pertumbuhan butir

austenite akan mengganti semua ferrite

sampai habis. Seperti halnya pada pencairan air (solid menjadi liquid), suhu pada besi akan tetap pada nilai 912oC hingga semua ferrite berganti menjadi

austenite. Hal ini juga berpengaruh pada volume per atom, massa jenis austenite

2% lebih tinggi dibanding ferrite,

sehingga volume per atom besi lebih kecil pada fasa austenite.11

Pengaruh penambahan unsur pada baja

Berikut ini adalah beberapa macam unsur yang berpengaruh pada sifa baja.12

1. Karbon

Karbon ditambahkan pada besi untuk mendapatkan baja. Pengaruh pemberian karbon pada besi lebih besar dibandingkan dengan unsur lain. Penambahan lebih banyak karbon pada besi (hingga nilai kelarutan besi) menghasilkan lebih banyak distorsi pada kisi kristal dan menghasilkan kekuatan mekanik yang lebih tinggi. Kelarutan dari karbon berpengaruh negatif pada karakteristik besi yang lain, yaitu keuletan (ductility). α-iron menjadi

4 4

(17)

sangat lembut, ketika lebih banyak karbon yang ditambahkan, kekuatan mekanik lebih besar, tapi elastisitas-nya semakin berkurang. Lebih banyak karbon juga menjadi masalah ketika proses pengelasan.

2. Mangan

Mangan berguna untuk meningkatkan kualitas permukaan pada semua rentang unsur karbon dan terutama pada baja teresulfurisasi. Mangan meningkat-kan strength dan hardness, namun dalam taraf yang lebih rendah dari karbon. Peningkatan kekuatan ter-gantung pada kandungan karbon. Mangan memberi pengaruh cukup besar pada sifat hardenability baja. 3. Fosfor

Fosfor meningkatkan strength

dan hardness namun mengurangi keuletan dari baja. Fosfor yang semakin banyak biasanya dipakai pada baja free-machining kandungan karbon rendah.

4. Sulfur

Kandungan sulfur dapat mengurangi keuletan. Unsur ini sangat menggangu kualitas per-mukaan, terutama pada baja kan-dungan karbon rendah dan mangan rendah. Kandungan sulfur biasanya diatur pada taraf rendah.

5. Silikon

Silikon adalah salah satu dari deoksidator utama dalam pembuatan baja sehingga jumlah kandungan silikon bergantung pada jenis bajanya. Pada baja karbon rendah, silicon umumnya merusak kualitas permukaan.

6. Tembaga

Tembaga dalam jumlah yang cukup banyak dapat merusak baja. Tembaga dapat merusak kualitas permukaan dan memperburuk ke-rusakan yang menempel pada baja tersulfurisasi. Tembaga meningkat-kan sifat tahan korosi atmosferik bila kandungannya melampaui 0.20%.

7. Timah

Timah terkadang ditambahkan pada baja untuk meningkatkan karakteristik mekaniknya. Penam-bahan ini dalam rentang 0,15 s.d. 0,35%.

8. Boron

Boron ditambahkan pada baja untuk meningkatkan hardenability. Baja boron-treated dibuat dengan kandungan boron antara 0.0005 dan 0.003%. Penambahan boron paling efektif pada baja karbon rendah. 9. Khrom

Khrom umumnya ditambahkan pada baja untuk meningkatkan sifat tahan karat dan tahan oksidasi serta untuk meningkatkan ketahanan abrasif pada komposisi karbon tinggi. Khrom adalah pembentuk karbida yang kuat. Sebagai unsur pengeras, khrom sering digunakan dengan unsur penggetas seperti nikel untuk menghasilkan sifat mekanis yang handal. Pada temperatur yang lebih tinggi, khrom mampu meningkatkan strength dari baja. Secara umum, khrom ditambahkan bersama dengan molibdenum. 10. Nikel

Nikel adalah penguat ferit (ferrite strengthener). Nikel tidak membentuk karbida pada baja, namun tetap larut dalam ferit, sehingga mampu menguatkan dan menggetaskan fasa ferit. Bersama dengan khrom, nikel meningkatkan kekerasan dari baja.

11. Molibdenum

Molibdenum ditambahkan pada baja pada taraf 0,1 hingga 1%. Molibdenum mampu meningkatkan kekuatan dari baja paduan rendah pada temperatur yang semakin tinggi.

12. Niobium

Penambahan sejumlah kecil Niobium dapat secara signifikan meningkatkan kekuatandari baja.

(18)

13. Aluminium

Aluminium banyak digunakan sebagai deoksidator untuk mengendalikan pertumbuhan butir austenit pada baja, sehingga sering ditambahkan untuk mengatur ukuran butir (grain). Aluminium adalah paduan yang paling efektif dalam mengendalikan pertumbuhan butir pada baja.

14. Titanium dan Zirconium

Pengaruh dari penambahan titanium mirip dengan niobium. Zirkonium juga dapat ditambahkan untuk meningkatkan karakteristik inklusi, terutama inklusi sulfida, untuk meningkatkan keuletan pada arah transversal.

Baja berbentuk pipa (Steel Tubular Product)

Steel tubular product adalah istilah yang digunakan untuk menunjukkan produk baja yang berrongga. Pada umumnya produk ini berbentuk silinder

dan berguna untuk mengalirkan fluida. Dua jenis steel tubular adalah pipa dan tabung. Jenis pipa yang digunakan untuk mengalirkan minyak atau gas disebut dengan pipeline. Berdasarkan American Petroleum Institute (API), jenis baja

seamless yang tepat digunakan dalam industri minyak adalah jenis baja 5L.13 Komposisi kimia baja 5L dapat dilihat pada Tabel 2.

Selain API, organisasi internasional lain yang memiliki standar baja adalah SAE (Society of Automotive Engineers). Organisasi ini berisi ilmuwan-ilmuwan yang bergerak dalam bidang industri otomotif. SAE Steel Grade adalah spesifikasi baja standard, ditunjukkan oleh empat digit angka yang menunjukkan komposisi kimia pembentuknya. Contoh dari baja standard SAE adalah SAE 1513. Komposisi kimianya dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 2. Komposisi kima baja API 5L seamless13

Spesifikasi Proses

Pembuatan Pipa Grade

Komposisi (%berat) C Mn P S Si 5L Seamless A25, class I 0,21 0,03-0,60 0,045 0,0 6 .. A25, class II 0,21 0,03-0,60 0,045-0,08 0,0 6 .. A 0,22 0,9 0,04 0,0 5 .. B 0,27 1,15 0,04 0,0 5 .. Tabel 3. Komposisi kimia baja SAE 1513

Unsur % Berat Fe 98 Mn 1,00 – 1,35 Si 0,1 – 0,35 C 0,16 Al 0,015 - 0,06 P 0,04 S 0,04 Korosi

Kata korosi digunakan untuk menunjukkan kerusakan pada permukaan

material atau logam pada lingkungan yang relatif buruk. Korosi merupakan proses oksidasi yang terjadi secara kimia ketika logam melepas elektron ke lingkungan. Lingkungan yang dimaksud adalah dalam keadaan cair (liquid), gas, atau soil-liquid. Lingkungan tersebut disebut elektrolit karena memiliki nilai konduktivitas untuk transfer elektron.14

Larutan elektrolit mengandung ion postif dan ion negatif yang disebut dengan kation dan anion. Proses korosi membutuhkan paling sedikit dua reaksi kimia yang harus terjadi pada lingkungan korosif. Reaksi tesebut diklasifikasikan

6

(19)

sebagai reaksi anoda dan reaksi katoda. Jika kedua reaksi tersebut terajadi, permukaan logam menjadi rusak. Berikut ini adalah contoh reaksi korosi pada baja.14 Anoda : Fe  Fe2+ + 2e -Katoda : 2H2O + 2e -_ H2 + 2OH Fe + 2H2O  Fe(OH)2 + H2 Beberapa jenis korosi yang sering terjadi adalah general corrosion, galvanic corrosion, crevice corrosion, pitting corrosion, erosion corrosion, stress-corrosion cracking, stress-corrosion fatigue,

dan microbiological corrosion.

General Corrosion

General Corrosion diartikan sebagai serangan korosif yang didominasi oleh penipisan secara seragam tanpa adanya serangan pada tempat tertentu. Menipisnya permukaan dapat dilihat seperti pada Gambar 2.5 di bawah. Atap seng adalah contoh material yang mudah terkena serangan General Corrosion, sedangkan material pasif seperti stainless steel, atau logam nickel-chromium hanya mendapat serangan pada tempat tertentu (localized attack).15

Thicknes is reduced uniformly

Gambar 2.5 General Corrosion pada logam

Galvanic Corrosion

Galvanic Corrosion terjadi pada dua logam yang memiliki beda potensial listrik (logam berbeda jenis) terhubung secara fisik satu sama lain dan terletak dalam medium yang terkonduksi listrik. Arus listrik dapat menarik elektron keluar dari salah satu logam, yang akan menjadikannya sebagai anode. Hal ini akan mempercepat terjadinya korosi pada anode. Logam yang lainnya, sebagai katode akan mengalami penurunan ketahanan korosi. Logam dengan potensial lebih rendah akan menjadi anode dan logam dengan potensial lebih

tinggi menjadi katode.16 Gambar 2.6 di bawah menunjukkan contoh terjadinya

galvanic corrosion.

Gambar 2.6 Galvanic Corrosion16

Crevice Corrosion

Crevice Corrosion terjadi akibat air atau cairan lain terperangkap pada celah di logam. Korosi ini terjadi pada kontak antara logam dengan logam atau antara logam dengan non-logam. Lingkungan yang rendah kadar oksigen dan tinggi kadar klorida merupakan faktor utama terjadinya jenis korosi ini.17 Gambar 2.7 menunjukkan bentuk fisiknya Crevice Corrosion.

Gambar 2.7 Crevice Corrosion17

Pitting Corrosion

Pitting Corrosion, atau sering hanya disebut pitting, adalah jenis korosi yang secara ekstrim terbentuk pada area tertentu di logam. Pitting muncul ketika medium korosif menyerang logam pada titik tertentu yang menyebabkan terbentuknya lubang kecil. Biasanya hal ini terjadi ketika lapisan pelindung logam telah berlubang oleh kerusakan secara mekanik maupun kimia. Pitting merupakan bentuk korosi yang paling berbahaya karena sulit diantisipasi dan dicegah, relatif sulit untuk dideteksi, muncul secara cepat, dan menembus logam tanpa mengurangi massa logam secara signifikan. Pitting juga memiliki efek samping, sebagai contoh, retakan dapat muncul pada ujung lubang karena meningkatnya tekanan.18 Bentuk lubang

7 7

(20)

dapat dilihat seperti pada Gambar 2.8 berikut.

Gambar 2.8 Pitting Corrosion18

Erosion Corrosion

Erosion Corrosion adalah bentuk serangan korosi yang dihasilkan oleh interaksi antara cairan elektrolit yang melalui permukaan logam. Biasanya terdapat partikel padat yang ikut dalam cairan yang mengalir. Fluida yang mengalir menyebabkan terjadinya abrasi, meningkatkan derajat korosi melebihi

General (non-motion) Corrosion pada kondisi yang sama. Erosion corrosion

terjadi dalam saluran pipa seperti yang terlihat pada Gambar 2.9. Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi terjadinya korosi jenis ini. Salah satu di antaranya adalah kekerasan bahan. semakin keras material, ketahanan

erosion corrosion semakin lebih baik. Faktor yang lain adalah kehalusan permukaan, kecepatan fluida, massa jenis fluida, dan sudut aliran fluida.19

Gambar 2.9 Erosion Corrosion19

Stress-Corrosion Cracking

Stress Corrosion adalah fenomena peretakan logam yang terkadang muncul ketika logam mengalami tekanan statis

dari lingkungan yang korosif. Proses

Stress-Corrosion Cracking (SCC) terjadi di dalam material, retakan masuk ke struktur internal, tanpa merusak permukaan. Kebanyakan retakan (crack) memiliki arah yang tegak lurus dengan arah tekanan yang diberikan.

Selain tekanan mekanik, tekanan termal dengan agen korosif juga dapat menimbulkan SCC. Pitting menjadi salah satu penyebab SCC, terutama pada logam yang sensitif. SCC adalah jenis korosi yang berbahaya karena sulit dideteksi dan bisa muncul jika tekanan lebih dari tingkat ketahanan logam. Bentuk retakan SCC terlihat pada Gambar 2.10 di bawah.20

Gambar 2.10 Stress-Corrosion Cracking20

Corrosion Fatigue

Corrosion Fatigue muncul pada logam sebagai hasil dari tekanan siklis dan lingkungan korosif. Corrosion fatigue

menyebabkan ketahanan logam akan menurun pada lingkungan yang agresif. Akibatnya, timbul retakan pada logam (seperti SCC yang menerima tekanan statik). Jenis korosi ini dipengaruhi oleh faktor intensitas tekanan dan frekuensi tekanan siklis. Lingkungan yang lembab dan berair, tingginya aktivitas kimia juga menurunkan tingkat ketahanan terhadap korosi.21 Bentuk fisik terjainya corrosion fatigue dapat dilihat pada Gambar 2.11

(21)

Gambar 2.11 Corrosion Fatigue20

Analisis Kegagalan Kegagalan (Failure)

Kegagalan adalah ketidakmampuan peralatan, mesin, atau proses untuk berjalan sebagaimana fungsinya. Kegagalan muncul dalam berbagai bentuk dan ukuran, bisa berupa salah satu bagian atau seluruh bagian dari suatu proses.22 Kondisi ini bisa menyebabkan kerugian secara finansial dan membahayakan keselamatan operator, masyarakat atau lingkungan sekitar. Komponen peralatan yang telah lama beroperasi akan rusak. Kerusakan semacam ini adalah wajar mengingat bahwa masa pakainya cukup lama, sesuai dengan yang direncanakan. Suatu komponen dikatakan gagal bila komponen tersebut tidak dapat berfungsi seperti yang dirancang. Hal ini terjadi dalam masa pakai yang pendek, atau lebih singkat daripada umur yang diharapkan.

Penyebab yang paling umum terjadinya kegagalan adalah:

 Kondisi penggunaan (use / misuse)  Perawatan dan pengecekan yang

tidak benar (sengaja / tidak disengaja)

 Kesalahan pemasangan

 Kesalahan pembuatan/produksi  Kesalahan desain (pemilihan

material maupun kondisi material)  Kondisi lingkungan yang ekstrim

Untuk menentukan akar permasalahan, maka perlu dilakukan Analisis Kegagalan. Setelah akar permasalahan ditemukan, tindakan koreksi dan perbaikan dapat dilakukan

untuk mencegah kegagalan pada proses berikutnya. Untuk tujuan industri, analisis kegagalan akan menghemat waktu dan biaya, menjadi bagian dari kontrol kualitas dan peningkatan program secara berkelanjutan.

Analisis Kegagalan untuk Korosi

(Analysis of Corrosion-Related Failure)

Kegagalan korosi memiliki langkah analisis yang sama dengan kegagalan pada umumnya. Namun, perbedaan utama dengan kegagalan umum adalah perlunya penjagaan dan perlindungan yang dilakukan sesegera mungkin pada semua barang bukti. Kegagalan korosi juga memerlukan pengambilan sampel dan pengujian produk korosi secepat mungkin untuk mendapatkan hasil yang aktual. Jika memungkinkan dan ada biaya, kunjungan ke tempat kegagalan juga perlu dilakukan.23

Kegagalan korosi sering berhubungan dengan pemilihan material dan kondisi lingkungan. Seluk beluk sepesifikasi material, dokumen jaminan kualtas, dokumen pemasangan dan perawatan, dan sejarah kondisi lingkungan adalah beberapa data yang penting dan sangat berguna untuk menyelesaikan kegagalan korosi. Informasi mengenai gangguan sistem atau lingkungan yang berubah dari kondisi normal juga harus disediakan. Perbandingan dari spesifikasi bahan yang sedang digunakan dengan desain bahan juga harus dilakukan

Hal yang sangat penting untuk menemukan sebab dari kegagalan adalah adanya data (record) pengoperasian dari komponen yang mengalami kegagalan. Data mengenai lingkungan dari komponen, setiap perubahan pada lingkungan, dan perubahan temperatur perlu didapatkan juga. Setiap catatan dari kegagalan sebelumnya atau kelainan dalam pengoperasioan adalah hal yang berguna. Jika memungkinkan, gambar dan sketsa dari teknisi perlu ditinjau.23

Informasi mengenai setiap pengecekan yang dilakukan oleh personil pabrik juga harus disediakan. Penggunaan cat untuk menandai komponen juga dapat

(22)

mengubah ketahanan korosi dan komposisi kimia produk korosi. Setiap perubahan sebelum dan sesudah kegagalan juga perlu didokumentasikan.

Pemeriksaan di tempat dilakukan dengan perjalanan di sekeliling area kegagalan. Dokumentasi fotografik perlu dibuat untuk melukiskan kondisi setelah kegagalan. Jika memungkinkan, perlu dilakukan pengecekan pada pemasangan atau operasi dari bagian yang tidak mengalami kegagalan. Dokumentasi forografik harus dilakukan dengan perhatian khusus untuk mendapatkan warna sebenarnya dari produk korosi. Pengambilan gambar di laboratorium dilakukan dengan pengaturan yang dapat menghasilkan sifat warna dan tekstur permukaan yang akurat.23

Sampel diambil dari tempatnya dengan hati-hati untuk mencegah adanya kontaminasi. Beberapa alat yang berguna dalam pengambilan sampel diantaranya adalah tas yang tertutup, sarung tangan lateks, alat-alat pengambil sampel, dan bahan perekat. Penguji diharuskan menhindari sentuhan langsung dengan produk korosi untuk menghindari kontaminasi.

Secara umum, pemotongan (cutting) harus dilakukan dengan hati-hati untuk menghindari perubahan dari kondisi metalurgi bahan dan deposit korosi. Pemotongan menggunakan gergaji (saw cutting) lebih disarankan daripada menggunakan torch cutting karena pemanasan dari sampel dapat memberi efek pada bahan dan produk korosi. Jika dilakukan torch cutting, jarak yang disarankan adalah 75 s.d. 150 mm dari area yang diinginkan untuk diambil. Saw cutting dilakukan dengan lambat untuk menghindari pemanasan. Jika memungkinkan, penggunaan minyak pelumas dan pendingin dapat dihindari untuk menghindari kontaminasi.23

Material dan kondisi lingkungan menjadi pusat perhatian dalam melakukan analaisis kegagalan. Meskipun setiap jenis kegagalan memiliki pengujian yang unik, beberapa langkah umum dapat diambil dalam pemeriksaan semua kegagalan korosi. Langkah-langkah yang dilakukan

untuk memeriksa kegagalan korosi adalah: 23

1. Semua sampel harus diidentifikasi dengan hati-hati. Asal sampel,

handling, dan proses dalam labora-torium juga perlu didokumentasikan. 2. Pengambilan fotografi dilakukan

pada kondisi awal sampel diterima. 3. Pengujian secara makro

mengguna-kan mikroskop stereo dari area sampel.

4. Metode pengujian non-destruktif dapat dipertimbangkan. Hindari gangguan secara fisik pada sampel korosi. Dapat dilakukan pula radiografi untuk mendapatkan data kualitas casting atau untuk melihat peretakan. Bagaimanapun, peng-gunaan cairan tidak dapat dilakukan hingga sampel korosi telah dibersihkan.

5. Pembersihan endapan korosi. Sampel dibersihkan dengan alat yang tidak memberikan kontaminasi seperti stainless steel. Sampel disimpan pada tempat yang bersih dan kering serta diberi tanda.

6. Sampel korosi dianalisis dengan

energy dispersive spectroscopy

(EDS) bersamaan dengan scanning electron microscopy (SEM) untuk mendapatkan komposisi unsur kimia pada produk korosi.

7. Berdasar pengujian secara visual, sampel korosi mungkin perlu dilakukan analisis mikrobiologi. Langkah-langkah berikutnya dapat diikuti dengan pembersihan (cleaning) atau pengujian yang lain.

Korosi pada Lingkungan Minyak

Beberapa jenis masalah korosi dapat ditemukan pada pengeboran dan produksi awal dari minyak dan gas. Termasuk korosi pitting, penggetasan sulfida dan penggetasan hidrogen. Endapan minyak dan gas sering menjadi penyebabnya. Campuran logam yang kuat diperlukan pada galian yang dalam. Pada sumur gas yang dalam, lingkungan memiliki gas H2S dengan konsentrasi antara 28 hingga 46%, temperaturnya berkisar pada 200o C, tekanan pada 140 MPa. H2S juga sering 10

(23)

ditemukan berkombinasi dengan air berklorida dan CO2 pada lingkungan. Adanya H2S ini menghasilkan korosi pada campuran logam. Korosi di dalam sumur sumber minyak dihasilkan dari lingkungan asam tinggi yang terbentuk ketika terdapat CO2 dan air. Kehadiran Klorida dan H2S akan menambah keagresifan dari lingkungan. Selanjutnya, tingkat korosi akan berubah sebagaimana temperatur berubah.24

H2S Corrosion

Fenomena yang disebut sebagai

Sulfide Stress Cracking (SSC) dipengaruhi oleh konsentrasi H2S dan temperatur. Terjadinya SSC juga dipengaruhi oleh mikrostruktur logam, yang bergantung pada komposisi logam dan perlakuan panas. H2S terlarut dalam air menghasilkan ion Hidrogen. Ion Hidrogen relatif kecil dan mampu berdifusi melalui batas butir atau kerusakan yang terbuka di dalam bahan baja. Dua atom H bergabung membentuk molekul H2 (gas). Molekul H2 terakumulasi dan terjebak dalam area tertentu. Hal ini menyebabkan tekanan yang tinggi pada titik tertentu dan membentuk retakan (crack). SSC adalah efek kombinasi dari korosi dan peretakan yang diakibatkan difusi hidrogen.25

Masalah utama adanya H2S adalah penggetasan logam, yang disebabkan oleh penetrasi H2 dalam logam. Hidrogen sulfida adalah asam lemah yang terlarut dalam air dan dapat berperan sebagai katalis dalam penyerapan atom hidrogen pada logam, membentuk SSC pada logam berkekuatan tinggi. Salain SSC, dalam kondisi lingkungan yang terdapat H2S tipe korosi yang umum terjadi adalah general corrosion, pitting corrosion, dan

corrosion fatigue. Topografi dari lubang korosi H2S, memiliki karakteristik bentuk seperti kerucut dengan bagian bawah yang tergores. Produk korosi yang terbentuk diantaranya adalah besi sulfida (FeS) hitam atau biru-hitam, pyrite

(FeS2), iron oxide (Fe3O4), dan sulfur (S). Mekanisme utama proses korosi yang terjadi diperlihatkan dalam reaksi kimia berikut.26

Fe + H2S → FeS + H2

CO2 Corrosion

Adanya CO2 yang terkandung dalam minyak dapat menyebabkan beberapa jenis korosi seperti general corrosion, pitting corrosion, wormhole attack, erosion corrosion,dan corrosion fatigue. Topografi dari lubang korosi CO2, memiliki karakteristik bagian tepi yang tajam, bagian dinding dan bagian dalam yang halus, serta lubang yang bersambung satu dengan lainnya. Deposit korosi yang mencirikan bahwa korosi tersebut termasuk korosi CO2 adalah Siderit (FeCO3), Magnetit (Fe3O4), and Hematit (Fe2O3). Mekanisme utama proses korosi yang terjadi diperlihatkan dalam reaksi kimia berikut.27

2 Fe + 2 CO2 + O2 → 2 FeCO3

SourCrude Oil

Sour Crude Oil adalah minyak mentah yang dikotori oleh sulfur. Minyak mentah disebut sour jika jumlah sulfur total lebih dari 0,5%. Sour Crude Oil

biasa diproses menjadi minyak untuk diesel dan bensin. Untuk mengurangi biaya produksi, Sour Crude Oil harus distabilkan dengan menghilangkan gas Asam Sulfida (H2S) sebelum dipindahkan melalui tangki minyak.28 Crude Oil

merupakan campuran hidrokarbon yang berwujud cair, berada dalam reservoir bawah tanah dan dalam kondisi tekanan atmosfer yang membuatnya tetap dalam fasa cair (liquid) setelah melalui beberapa pemisahan di permukaan.29

Berikut adalah persentasi unsur-unsur yang terdapat dalam minyak mentah.30 › Karbon : 83,0-87,0 % › Hidrogen : 10,0-14,0 % › Nitrogen : 0,1-2,0 % › Oksigen : 0,05-1,5 % › Sulfur : 0,05-6,0 % 11 11

(24)

12

BAB III

BAHAN DAN METODE

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret sampai dengan bulan Mei 2012 di Laboratorium Bidang Bahan Industri Nuklir, Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) BATAN, kawasan PUSPIPTEK, Serpong.

Bahan

Bahan penelitian adalah pipa digunakan sebagai bagian dari Primary Separator yang beroperasi pada temperatur 166 atau 167 oF (75 oC) dan tekanan 33 atau 34 psi (1 pound per

square inch = 6.894,75 Pascal). Pipa terbuat dari bahan logam, digunakan untuk mengalirkan minyak mentah. Permukaan luarnya dicat berwarna hijau. Jenis cairan (fluida) yang mengalir adalah

sour crude oil atau minyak mentah. Untuk menghilangkan scale/deposit digunakan

drilling fluids dan acidizing fluids yang mengandung HCl. Setelah sekian lama dipakai, pipa mengalami serangan korosi pada bagian dalam pipa, kemudian dilakukan proses drain dan refresh setiap minggu. Pipa yang akan diamati sudah terpotong secara longitudinal

menjadi dua seperti tampak pada Gambar 3.1 berikut.

Gambar 3.1 Pipa

Primary Separator

yang mengalami korosi, camdig (0,5x)

Alat



Jangka Sorong



Mikrometer Skrup



Hand Saw



Mesin Potong, Buehler Samplmet 2

Abrasive Cutter



Cairan Resin dan Pengeras



Kertas Amplas (grit 100, 400, 800,

1500, 2000)



Pasta

Alumina

(1

dan

6 mikrometer)



Mesin Poles, MoPao 2D Grinder

Polisher



Kamera Digital, BenQ DC E1230

12 Megapixel



Mikroskop Setereo, Karl Kolb

Hund Wetzlar



Mikroskop Optik, Nikon



SEM-EDS, Jeol JSM-6510LA



OES, ARC-Spark Optical Emission

Spectrometer



XRD, Shimadzu XD-610

Gambar alat-alat yang digunakan

dalam penelitian ini dapat dilihat pada

Lampiran 2. (Halaman 42)

(25)

13

Metode Penelitian

1. Pengumpulan data dan studi

literatur

Langkah awal dari penelitian ini

adalah studi literatur tentang baja,

analisis kegagalan, dan korosi

secara umum maupun korosi pada

lingkungan

minyak

yang

bersumber dari buku-buku dan

internet.

2. Persiapan alat dan bahan

Preparasi sampel pipa dengan

proses Metalografi :

-

Cutting

,

pemotongan

pipa

menjadi sampel yang lebih

kecil menggunakan

hand saw

dan mesin potong, agar lebih

mudah

dikarakterisasi.

Pemotongan

pipa

secara

transversal atau melintang dan

longitudinal.

-

Mounting

, sampel dibingkai

menggunakan

resin

dan

pengerasnya

agar

tercetak

bingkai

sampel.

Hal

ini

dilakukan agar sampel lebih

mudah

dipegang

ketika

melakukan proses

Grinding

dan

Polishing

.

-

Grinding

dan

Polishing,

permukaan yang akan diamati,

diamplas dengan kertas amplas

(dari bahan SiC) dari tingkat

grit 100, 400, 800, 1500, 2000.

Setiap kenaikan tingkat grit,

arahnya diputar 90 derajat dan

diamati apakah goresan yang

terbentuk

telah

seragam.

Kemudian

dipoles

dengan

pasta

alumina

1 dan

6 mikrometer.

-

Etching

, lapisan permukaan

sampel direndam dalam larutan

etching

agar

menghasilkan

derajat kontras yang tepat

antara

berbagai

konstituen

dalam logam sehingga struktur

mikro logam dapat diketahui.

Batas butir menjadi lebih

mudah

diamati.

Larutan

etching

yang dipakai adalah

nital 2%.

3. Karakterisasi

3.1 Pengamatan

visual

dilakukan

terhadap sampel.

Pada tahap ini dilakukan

pengamatan

langsung

pada

sampel

menggunakan

mata.

Selain

itu,

dilakukan

juga

pengukuran

diameter

menggunakan jangka sorong dan

ketebalan

pipa

menggunakan

mikormeter

sekrup

serta

dokumentasi

gambar

dengan

kamera digital.

Pengamatan langsung dengan

mata dilakukan untuk melihat dan

menganalisis

adanya

deposit

korosi, lubang, goresan, dan

penipisan pada pipa. Perbedaan

warna

pada

sampel

juga

menunjukkan proses korosi yang

terjadi

pada

pipa.

Dengan

pengamatan ini, pemilihan sampel

dapat

dilakukan

dengan

mempertimbangkan lokasi-lokasi

yang tepat dari sampel pipa untuk

selanjutnya dikarakterisasi.

Jangka sorong adalah alat

yang digunakan untuk mengukur

suatu benda dari sisi luar dengan

cara diapit. Ketelitiannya dapat

mencapai seperseratus milimeter.

Terdiri dari dua bagian, yaitu

bagian diam dan bagian bergerak.

Bagian diam menunjukkan skala

utamanya,

dan

bagian

yang

bergerak

menunjukkan

skala

noniusnya.

31

Mikrometer sekrup adalah

alat

yang

digunakan

untuk

mengukur ketebalan suatu benda.

Ketelitiannya

dapat

mencapa

seperseratus milimeter. Terdiri

dari dua bagian utama yaitu poros

tetap yang memiliki skala utama

(26)

14

dan poros putar yang memiliki

skala nonius.

32

Kamera digital digunakan

untuk memotret suatu objek

benda dan menampilkan hasilnya

dalam bentuk file gambar dalam

format .jpeg. Kamera digital

memiliki beberapa komponen,

seperti

Aperture, Shutter,

Lensa,

dan Sensor.

Aperture

sebagai

celah masuknya cahaya,

Shutter

mengatur jumlah cahaya yang

masuk,

Lensa

untuk

mem-fokuskan gambar, dan Sensor

untuk merekam gambar. Sensor

pada

kamera

berupa

charge

coupled device

(CCD)

yang

mengubah

cahaya

(photon)

menjadi muatan listrik. Resolusi

gambar

dari

kamera

digital

ditentukan dari jumlah

pixel.

Semakin besar nilai pixel berarti

semakin semakin banyak jumlah

photositenya

sehingga gambar

yang dihasilkan semakin tajam.

33

3.2 Pengamatan makroskopik

dilaku-kan dengan menggunadilaku-kan

mikros-kop stereo.

Mikroskop stereo merupakan

jenis mikroskop yang hanya bisa

digunakan untuk benda yang

berukuran relatif besar.

Mikros-kop stereo mempunyai perbesaran

7 hingga 30 kali. Benda yang

diamati dengan mikroskop ini

dapat terlihat secara tiga dimensi.

Komponen

utama

mikroskop

stereo

hampir

sama

dengan

mikroskop cahaya. Lensa terdiri

atas lensa okuler dan lensa

obyektif.

Perbedaan

antara

mikroskop stereo dengan

mikros-kop cahaya adalah: (1) ruang

ketajaman lensa mikroskop stereo

jauh lebih tinggi dibandingkan

dengan

mikroskop

cahaya

sehingga

kita

dapat

melihat

bentuk tiga dimensi benda yang

diamati.

(2)

sumber

cahaya

berasal dari atas sehingga obyek

yang

tebal

dapat

diamati.

Perbesaran lensa okuler biasanya

10 kali, sedangkan lensa obyektif

menggunakan

sistem

zoom

dengan perbesaran antara 0,7

hingga

3 kali,

sehingga

perbesaran total obyek maksimal

30 kali. Pada bagian bawah

mikroskop terdapat meja preparat.

Pada daerah dekat lensa obyektif

terdapat lampu yang dihubungkan

dengan transformator. Pengatur

fokus obyek terletak disamping

tangkai mikroskop, sedangkan

pengatur

perbesaran

terletak

diatas pengatur fokus.

34

3.3 Pengamatan

mikroskopik

menggunakan Mikroskop Optik.

Pengamatan dimulai dengan

perbesaran yang kecil sekitar

100x dan dilanjutkan dengan

meningkatkan perbesaran untuk

mengamati

karakteristik

yang

lebih

jelas.

Kebanyakan

mikrostruktur

dapat

diamati

dengan mikroskop optik dan

diidentifikasikan

berdasarkan

karakteristik-karakteristiknya.

Mikroskop

Optik

memiliki

beberapa komponen yang penting,

diantaranya

adalah

sistem

penerangan (

illumination system

)

yang terdiri atas lampu, lensa,

filter, dan diafragma. Cahaya dari

lampu dapat diatur intensitasnya

untuk membentuk gambar yang

cerah.

Sumber

cahaya

pada

mikroskop optik berupa lampu

filamen-tungsten voltase rendah

maupun lampu filamen

tungsten-halogen. Intensitas cahaya diatur

berdasarkan suplay tegangan.

Mikroskop

memiliki

dua

buah lensa, yaitu lensa objektif

dan lensa okuler. Lensa objektif

membentuk

bayangan

primer

(27)

15

mikrostruktur

dan

merupakan

komponen paling penting dalam

mikroskop optik. Lensa objektif

mengumpulkan cahaya sebanyak

mungkin

dari

spesimen

dan

menggabungnya dengan cahaya

untuk

menghasilkan

gambar.

Lensa okuler (

eyepiece

) berfungsi

membesarkan bayangan primer

yang

dihasilkan

oleh

lensa

objektif.

35

Dari lensa okuler ini,

gambar

langsung

diteruskan

menuju kamera.

Mikroskop Optik

memanfaat-kan cahaya dari sumber cahaya

yang

melalui

kondenser.

Kemudian cahaya dipantulkan

oleh

cermin

menuju

objek.

Cahaya yang dipantulkan oleh

objek (sampel logam) diteruskan

menuju

lensa

objektif

dan

kemudian lensa okuler sehingga

tampak oleh kamera. Gambar 3.2

berikut menjelaskan penjalaran

cahaya pada mikroskop optik.

Gambar 3.2 Prinsip kerja mikroskop

optik

35

3.4 Pengamatan

dengan

Scanning

Electron Microscope

(SEM).

Bayangan yang dihasilkan

SEM

memiliki

karakteristik

perbesaran yang jauh lebih tinggi

dibandingkan dengan Mikroskop

Optik.

Dalam

mendapatkan

gambar

SEM,

berkas

elektron terfokus mengenai pada

permukaan sampel padat. Pada

instrumen analog, berkas elektron

dipindai melalui seluruh sampel

oleh

kumparan

scan

.

Pola

pemindaian

yang

dihasilkan

adalah serupa

dengan

yang

digunakan dalam tabung sinar

katoda (CRT)

dari

sebuah

pesawat televisi di mana berkas

elektron akan menyapu seluruh

permukaan linear dalam arah x,

kembali

ke posisi

awal , dan

kemudian bergeser ke bawah

dalam arah y dengan kenaikan

standar. Proses ini diulangi hingga

luasan tertentu dari permukaan

sampel telah dipindai seluruhnya.

Sinyal

yang

diterima

dari

permukaan akan disimpan dalam

komputer, yang akan diubah

menjadi sebuah gambar (

image

).

Beberapa

jenis

sinyal

yang

terbentuk dari permukaan sampel

adalah

backscatered, secondary,

dan

Auger electron

, sinar-X dari

fluoresens foton, dan foton yang

lain dengan berbagai energi. Pada

instrumen SEM,

backscatterd

dan

secondary electron

digunakan

untuk membentuk

image

.

36

Sumber

elektron

berupa

filamen

tungsten.

Elektron

diakselerasi agar memiliki energi

yang berkisar antara 1 hingga 30

keV. Sistem kondenser magnetik

dan

lensa

objektif

akan

memperkecil ukuran titik (spot

size) hingga diameter antara 2

hingga 10 nm ketika sampai di

sampel. Sistem kondenser yang

terdiri atas lebih dari satu lensa

akan

menghantarkan

berkas

elektron menuju lensa objektif,

selanjutnya lensa objektif yang

(28)

16

akan menentukan ukuran berkas

yang

mengenai

permukaan

sampel. Pemindaian pada SEM

dilakukan

oleh

dua

pasang

kumparan elektromagnetik yang

terletak pada lensa objektif. Satu

pasang menghantarkan berkas

dalam arah sumbu-x, dan satu

pasang yang lain dalam arah

sumbu-y.

Terdapat

dua

interaksi

padatan dengan berkas elektron

yaitu interaksi elsastik yang

mengubah lintasan elektron tanpa

terjadi perubahan energi secara

signifikan dan interaksi inelastik,

yang

menjadikan

elektron

mentransfer energinya (sebagian

atau seluruhnya) ke padatan.

Padatan yang tereksitasi akan

mengemisikan

secondary

elec-tron, Auger electron

, dan sinar-X.

Ketika elektron menumbuk

secara elastik dengan atom, terjadi

perubahan arah elektron, tetapi

kecepatannya

tetap

sehingga

energi kinetiknya relatif konstan.

Sudut pemantulan dari tumbukan

tersebut berkisar antara 0

o

hingga

180

o

. Elektron yang terpental ini

disebut

dengan

backscattered

electron

. Berkas

backscattered

electron

ini memiliki diamater

yang

lebih

besar.

Ketika

permukaan padat ditumbuk berkas

elektron dengan energi beberapa

keV,

backscattered electron

yang

diemisikan

oleh

permukaan

memiliki energi sebesar kurang

dari 50 eV.

Secara

umum,

jumlah

secondary electron

lebih sedikit

dari

backscattered

electron

.

Secondary electron

terbentuk dari

hasil interaksi antara berkas

elektron

berenergi

dengan

elektron yang terikat di padatan,

yang selanjutnya akan terjadi

pelepasan pita konduksi elektron

dengan beberapa eV energi.

Secondary electron ini dapat

dicegah agar tidak mencapai

detektor dengan memberi bias

negatif pada papan transduser.

36

Gambar 3.3 berikut menunjukkan

skema SEM.

Gambar 3.3 Skema

Scanning Electron

Microscope

36 Electron gun Electronbeam Magnetic condenser lens Magnetic objective lens High voltage power supply