PENGARUH VARIASI ph DAN ASAM ASETAT TERHADAP KARAKTERISTIK KOROSI CO 2 BAJA BS 970

TUGAS AKHIR – MM091381

PENGARUH VARIASI pH DAN ASAM

ASETAT TERHADAP KARAKTERISTIK

KOROSI CO

₂

BAJA BS 970

Dosen Pembimbing :

Budi Agung Kurniawan, ST., M.Sc

Latar Belakang

Baja BS 970

Pipa Minyak Bumi

CH₃COOH

Perumusan Masalah

• Bagaimana pengaruh pH dan asam asetat terhadap

karakteristik korosi CO₂ pada baja BS 970

1. Parameter dibatasi pengaruh asam asetat, dan pH yang divariasikan

2. Temperatur pengujian dan tekanan parsial

CO₂ diasumsikan konstan.

3. Kekasaran permukaan spesimen dianggap tidak berpengaruh.

4. Beker glass dianggap kedap udara.

Tujuan

1. Mengetahui perilaku korosi CO₂ sebagai akibat

dari pengaruh pH, dan keberadaan asam asetat.

2. Mengetahui karakteristik lapisan film FeCO₃

sebagai akibat dari pengaruh pH, dan keberadaan asam asetat.

Manfaat Penelitian

Mengetahui perilaku korosi CO₂ pada berbagai

kondisi pH dan keberadaan asam lemah sebagai salah satu cara prediksi dan pengendalian korosi

Tinjauan Pustaka

• Korosi adalah kerusakan atau berkurangnya suatu material yang disebabkan oleh reaksi kimia dengan lingkungannya (Tretheway, 1991).

• Sebagian besar proses korosi melibatkan proses

elektrokimia. Sebuah sistem elektrokimia tersusun atas katoda dan anoda yang mempunyai hubungan potensial dan arus.

• Secara sederhana, dengan menggunakan persamaan Faraday, laju korosi sebuah logam dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :

CR = 3.27 x 10-3 _i

corrEW

Anoda dan Katoda

• Elektroda Pembanding (refference electrode) Elektroda Kalomel merupakan elektrode yang terdiri dari lapisan Hg yang ditutupi dengan pasta Merkuri (Hg), Merkuri Klorida /Kalomel

• Elektrode Bantu (Auxiliary Elektrode)

Auxiliary Elektrode semata-mata untuk

membangkitkan kecenderungan system tersebut dalam mengambil atau melepaskan electron;

logam itu sendiri tidak ikut serta secara nyata dalam reaksi redoks, potensialnya merupakan

Efek Garam Terlarut

• Uhlig (1984) mengemukakan, kelarutan oksigen berkurang seiring dengan konsentrasi NaCl,

menjelaskan penurunan laju korosi pada konsentrasi NaCl yang tinggi.

• Kenaikan awalnya berhubungan dengan suatu perubahan dalam perlindungan alami dari difusi film karat pelindung.

Korosi

CO

₂

Pada

Baja

• Dalam korosi CO₂, sejumlah proses kimia,

elektrokimia, dan transport terjadi secara simultan.

Pada saat larut dalam air, CO₂ terhidrasi membentuk

asam karbonat.

CO₂(g) → CO₂ (aq)

CO₂(aq) + H₂O ↔ H₂CO₃(aq)

• Selanjutnya asam karbonat akan terdisosiasi menjadi ion karbonat dan bikarbonat

H₂CO₃ ↔ H+ _{+ HCO}

3- (pada pH tinggi)

HCO₃- _{↔ H}+ _{+ CO}

• Ada dua kemungkinan reaksi katodik yang mungkin

terjadi pada proses korosi CO₂ : yaitu reduksi

langsung dari H₂CO₃ serta reduksi dari ion hidrogen.

• Elektron yang dibutuhkan selama proses

berlangsung, tersedia dari sebuah reaksi anodik tunggal, yaitu pelarutan besi :

-• Sehingga reaksi keseluruhannya adalah sebagai berikut

Fe2+ _{+ CO}

2(aq) + H2O ↔ FeCO3(aq) + H2(g)

Fe2+ _{+ HCO}

3- ↔ FeCO3(s) + H+

• Skema korosi CO₂ pada baja digambarkan pada

Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Korosi CO2

1. Temperatur

• Temperatur sangat mempengaruhi korosi CO₂

karena pengaruhnya terhadap kecepatan pembentukan lapisan film.

• Setiap kenaikan 10o_{C, akan meningkatkan laju}

korosi sampai dua kali lipatnya.

• Kenaikan laju korosi akan meningkatkan produk

film FeCO₃ dan akan mengendap dipermukaan

• Pembentukan film diamati oleh DeWaard dan Milliams, ditunjukkan dalam gambar berikut ini

2. Derajat Keasaman (pH)

• Salah satu reaksi katodik penting dalam proses

korosi CO₂ adalah pengurangan ion H+_{, sehingga pH}

demikian berperan penting dalam reaksi katodik. • Adanya perubahan pH dengan cepat yang

berdekatan dengan permukaan elektroda pada

elektrolit akan memiliki pengaruh besar pada sifat fisik presipitat seperti sulfida karbonat dan besi

karbonat.

• Laju korosi baja karbon pada suhu kamar dapat berubah, cukup dengan perubahan pH larutan.

• Dalam sistem korosi karbondioksida, ketika pH

larutan kurang dari 4, ion H+ _{yang ada membuat}

reduksi H+ _{mendominasi pada reaksi katodik. Laju}

3. Tekanan Parsial CO

₂

• Peningkatan tekanan parsial CO₂ akan

meningkatkan laju korosi baja karbon dengan

meningkatkan konsentrasi H₂CO₃ dalam larutan,

• Pada tekanan atmosfer, peningkatan temperatur menimbulkan efek kontras meningkatkan kinetika presipitasi dan mengurangi kejenuhan

4. KOROSI

CO

₂

DENGAN ASAM ASETAT

• Asam asetat akan terdisosiasi menurut reaksi sebagai berikut :

CH₃COOH ↔ H+ _{+ CH3COO}

-• Asam asetat dapat bereaksi dengan baja karbon

membentuk besi(II) asetat. Reaksinya adalah seperti berikut ini

Baja BS 970

• Komposisi kimia baja BS 970 ditunjukkan oleh tabel

dibawah ini Nama Unsur % Berat

Karbon (C) 0.24 Silikon (Si) 0.175 Mangan (Mn) 1.5 Phosporus (P) 0.010 Sulfur (S) 0.032 Kromium (Cr) 0.069 Molybdenium (Mo) 0.014 Nikel (Ni) 0.065 Besi (Fe) balance

METODOLOGI PENELITIAN • Alat : • Glass cell • pH meter • Termometer • Auxiliary electrode (Pt) • Reference electrode (Hg₂Cl₂) • Tabung CO2 • Selang Teflon • Hot plate • Gamry Potensiostat • Alat uji SEM

• Alat uji XRD •Bahan : • Air Aquades • Baja BS 970 • Resin epoxy • Asam asetat • Garam NaCl • Garam NaHCO₃ • Garam CH₃COONa • Gas CO₂

MULAI

PENGISIAN LARUTAN 3%NaCl KEDALAM GLASS

CELL

PEMASANGAN SEMUA ALAT dan

ELEKTRODA UJI PEMANASAN

GLASS CELL PENGALIRAN GAS CO(PURGING 1 JAM) 2 PENAMBAHAN CH3COOH PENGECEKAN pH pH SESUAI PENGECEKAN TEMPERATUR TEMPERATUR TERCAPAI PENAMBAHAN NaHCO3 PENGOPERASIAN POTENTIOSTAT LINIER POLARIATION RESISTANCE POTENTIODYNAMIC POLARIZATION SWEEP PENGAMBILAN DATA SELESAI YA pH TURUN YA PENGALIRAN GAS CO2 pH NAIK TIDAK • Diagram Alir

Prosedur

• Preparasi Benda Uji

Dimensi benda uji: ø 15 mm x 5 mm.

Sampel di sambungkan dengan kawat tembaga lalu di moulding menggunakan resin epoksi

Permukaan benda uji yang terekspos dengan

lingkungan dihaluskan dengan kertas gosok mulai grade 200, 600 sampai grade 800

• Preparasi Larutan

 Larutan yang dipakai untuk pengujian korosi adalah larutan 3% NaCl.

 Larutan 3% NaCl dibuat dengan cara

menuang 500 mL air aquades ke dalam gelas ukur 1L .

 Tambahkan 30 gram NaCl. Kemudian gelas ukur diisi lagi dengan air aquades sampai

Pembuatan Jembatan Garam

• Jembatan garam berbentuk agar-agar dari larutan KCl Jenuh. Cara pembuatannya yaitu:

• 250 mL air aquades diisikan kedalam gelas ukur 500 mL.

• Tambahkan KCl sedikit demi sedikit sambil terus diaduk hingga KCl tidak dapat larut lagi lalu

diamkan selama kurang lebih 15 menit agar terbentuk endapan KCl didasar gelas

• Larutan KCl tanpa endapannya kemudian dipindahkan ke gelas lain lalu ditambahkan

serbuk agar-agar netral secukupnya lalu diaduk sambil dipanaskan sampai mendidih.

• Setelah mendidih larutan agar-agar dituang kedalam pipa kaca berbentuk U lalu ditunggu sampai dingin dan mengeras.

Pengujian

• Pengujian Korosi Secara Elektrokimia

• Pengujian korosi secara elektrokimia dilakukan dengan bantuan mesin potentiostat. Pertama-tama, larutan 3% NaCl yang telah sesuai parameter diisikan kedalam glass cell. Lalu semua alat dan elektroda uji dipasangkan pada potensiostat, setelah

terpasang glass cell mulai dipanaskan disertai dengan

pengaliran gas CO₂ (purging). Pengaliran gas CO₂ ini dilakukan selama 45 menit dengan aliran yang cukup besar.

• Setelah temperatur mencapai parameter dilakukan pengecekan pH. Jika pH turun maka ditambahkan CH₃COONa_, jika pH naik maka gas CO₂ dialirkan beberapa saat kemudian di cek kembali pH larutan. Jika telah memenuhi parameter maka mesin

potensiostat dinyalakan dan mulai mengambil data laju korosi

Skema penyusunan peralatan pengujian korosi

1. Elektroda kerja (benda uji); 2. Glass cell; 3. Termometer; 4 Elektroda bantu; 5. Jembatan garam; 6.Bubbler CO₂;

7. Hot Plate 1 6 3 5 4 2 7

• Pengujian Linier Polarization Resistance

PARAMETER KETERANGAN

Larutan 3% NaCl

Gas CO2

Tekanan Parsial 1 bar

pH 4; 4,5; 5; 5,5; 6

Konsentrasi CH₃COOH Total (ppm) 0; 2000

Lama Pengujian 1 jam

Temperatur (o_{C) 40}

Sweep Rate 20 mV/menit

• Pengujian Potentiodynamic Polarization Sweep

PARAMETER KETERANGAN

Larutan 3% NaCl

Gas CO2

Tekanan Parsial 1 bar

pH 4; 4,5; 5; 5,5; 6

Konsentrasi CH3COOH Total (ppm) 0; 2000

Lama Pengujian 30 menit

Temperatur (o_{C) 40}

Sweep Rate 20 mV/menit

Potential Range + 500 mV

Karakterisasi Produk Korosi CO

₂

 Pengujian Scanning Electron Microscope (SEM)

• SEM dilakukan setelah tes elektrokimia. Sampel

yang dilakukan pengujian SEM dengan perbesaran 5000x adalah sampel dengan laju korosi yang paling ekstrim rendah dan paling ekstrim tinggi.

Analisa Difraksi Sinar X (XRD)

• Analisis XRD dilakukan untuk mengidentifikasi senyawa produk film korosi yang terbentuk di permukaan baja. • Hanya 3 sampel yang diperiksa, untuk kondisi 2

parameter terekstrim yaitu sampel yang diuji pada pH 4 dengan konsentrasi asam asetat 0 dan 2000 ppm serta sampel asli baja BS 970 sebelum dikorosikan. Mesin

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

• Dari pengujian LPR yang dilakukan didapatkan variasi nilai laju korosi (mm/yr) yang tersaji

pada tabel dibawah ini

pH CR (mm/yr) 0 ppm 2000 ppm 4 0.063 0.087 4.5 0.114 0.194 5 0.024 0.202 5.5 0.133 2.07 6 0.076 0.496

Grafik Laju Korosi 0 ppm Asam Asetat

Hasil SEM

FeCO3 FeCO3 FeCO3 FeCO3 Korosi sumuran Korosi sumuran a) b) c) d)

Kesimpulan dan Saran

• Dari pengujian LPR, tren yang didapatkan pada parameter 0 ppm dan 2000 ppm asam asetat adalah sama yaitu terjadi kenaikan laju korosi dari pH rendah ke pH tinggi. Hal ini

disebabkan terjadinya reduksi langsung dari H₂CO₃

dipermukaan logam yang bersifat korosif

• Nilai laju korosi antara parameter 0 ppm dan 2000 ppm asam asetat mengalami perbedaan yang signifikan dimana laju korosi pada parameter 2000 ppm asam asetat lebih

• Dari pengujian PPS didapatkan pada parameter yang sama, hasil yang didapatkan:

• Pada parameter 0 ppm asam asetat, reaksi katodik pada grafik Tafel saling berhimpit antara parameter pH. Ini berarti reaksi katodik yang terjadi tidak terpengaruh oleh pH larutan serta mengindikasikan laju difusi hidrogen yang sama.

• Pada parameter 2000 ppm asam asetat, reaksi katodik antara parameter pH tidak saling berhimpit, semakin tinggi pH maka semakin bergeser kekanan. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi pH maka laju korosi semakin naik, maka disini pH pun tidak mempengaruhi reaksi katodik yang terjadi.

• Dari karakterisasi material yang dilakukan, di dapatkan hasil:

• Hasil XRD menunjukkan senyawa yang banyak

teridentifikasi adalah senyawa Fe-Cr-Ni yang

mendominasi komposisi kimia dari spesimen logam dibanding produk korosi yang terbentuk yang sangat sedikit.

• Hasil SEM pada 0 ppm asam asetat pH 4 tampak bulatan putih keabu-abuan yang sangat kecil yang diyakini sebagai produk korosi. Dengan perbesaran yang sama pada asam asetat 2000 ppm pH 4 produk korosi tampak lebih besar.

• Terjadinya korosi sumuran disebabkan larutan yang mengandung unsur klorida yang agresif sekali

terhadap baja karbon.

• Hasil EDX metode spot pada spesimen 0 ppm asam asetat pH 4 tampak unsur Fe, C, O dan Co. namun unsur Co sangat sedikit sekali.

• Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, berikut ini adalah beberapa saran yang bisa dijadikan acuan untuk riset selanjutnya, antara lain :

• Pengujian laju korosi dilakukan secara long-term sehingga didapatkan data laju korosi dan perilaku pembentukan

produk korosi yang lebih baik.

• Pengujian SEM dapat dilakukan dengan melihat

penampang melintangnya juga untuk melihat ketebalan produk korosi yang terbentuk.