15

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1. Definisi Korosi Korosi didefinisikan sebagai kerusakan logam akibat bereaksi dengan lingkungannya. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi redoks yang menghasilkan senyawa-senyawa yang dapat merusak sifat logam yang menguntungkan. Korosi seringkali disebut dengan istilah perkaratan. Contoh korosi yang lazim terjadi adalah korosi pada besi. Selain itu, korosi memiliki beberapa definisi lain seperti sistem thermodinamika logam dengan lingkungan (udara, air, tanah), yang berusaha mencapai kesetimbangan. Dampak dari peristiwa korosi bersifat sangat merugikan. Contoh nyata adalah keroposnya jembatan, bodi mobil, ataupun berbagai konstruksi dari besi lainnya. Korosi pada benda-benda ini sangat merugikan, apalagi jika sampai terjadi kerusakan hebat seperti jembatan yang roboh karena konstruksinya keropos. Karena itu, sangat penting bila kita sedikit tahu tentang apa korosi itu, sehingga bisa diambil langkah-langkah antisipasi untuk mengurangi kerugian.Peristiwa korosi sendiri merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang melibatkan adanya aliran listrik. Bagian tertentu dari besi berlaku sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda). Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi. Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi dimana valensinya akan naik, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi sehingga valensinya turun. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.Korosi merupakan proses elektrokimia yang melibatkan transfer elektron dari anoda ke katoda. Elektron yang dilepas oleh logam yang bertindak sebagai anoda akan mengalir ke katoda dimana elektron akan digunakan untuk membentuk senyawa yang disebut sebagai corrosion product. Pada korosi yang terjadi pada besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anoda, di mana besi mengalami oksidasi atau melepaskan elektron dan menjadi ion positif. Reaksi oksidasi pada besi dapat dituliskan :Fe(s) Fe2+(aq) + 2eElektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak sebagai katoda, di mana oksigen akan tereduksi dan membentuk senyawa baru.O2(g) + 4H+(aq) + 4e 2H2O(l)atauO2(g) + 2H2O(l) + 4e 4OH-(aq)Ion besi(II) yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi. Mengenai bagian mana dari besi itu yang bertindak sebagai anode dan bagian mana yang bertindak sebagai katoda, bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor, atau perbedaan rapatan logam itu.Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Ada definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawabesi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida).Deret Volta dan hukum Nernstakan membantu untuk dapat mengetahui kemungkinan terjadinya korosi. Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi beda potensial terhadap elektroda lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida. Dalam industri dan konstruksi, korosi menjadi masalah terutama karena menurunnya kekuatan logam atau tidak berfungsinya suatu sistem sebagaimana mestinya. Misalnya pipa yang bocor akibat korosi erosi, tangki yang bocor akibat korosi sumuran, lambung kapal menipis dan akhirnya pecah akibat korosi merata, sebuah jembatan runtuh akibat korosi retak tegang.2.2. Prinsip Terjadinya KorosiPrinsip dasar korosi adalah adanya reaksi kimia yang disertai transfer elektron sehingga reaktan ada yang mengalami oksidasi sedangkan reaktan lain mengalami readuksi. Suatu proses korosi hanya akan terjadi jika terdapat empat syarat pokok terjadinya korosi ini, yaitu : 1. Logam anoda Yaitu logam yang bertindak sebagai kutub negatif. Di logam ini akan terjadi reaksi oksidasi atau pelepasan elektron sehingga akan terbentuk ion positif.2. Logam katodaYaitu logam yang bertindak sebagai kutub positif. Pada logam ini akan terjadi reduksi dimana electron yang dilepas pada anoda akan dialirkan ke katoda.3. Hubungan listrikYaitu media yang dapat menghasilkan arus listrik yang mengalir antara anoda dan katoda. Pada umumnya hubungan listrik ini berupa sambungan logam.4. ElektrolitYaitu media pada mana logam yang anoda dan katoda berada. Elektrolit dalam korosi dapat berupa air, tanah , dan udara basah. Syarat eletrolit ini harus dapat menghantarkan arus listrik. Pada proses korosi terdapat dua macam reaksi yang terjadi dimana reaksi ini terjadi secara bersamaan, reaksi ini tidak dapat berlangsung hanya pada salah satu reaksi saja. Reaksi yang terjadi, yaitu :1. Reaksi Anodik Hanya satu reaksi yang terjadi: M M+n + ne-2. Reaksi Katodik Terdapat berbagai reaksi, yaitu:a) Reaksi pelepasan hidrogen:2H+ +2e- H2b) Reaksi reduksi oksigen pada suasana netral:O2 + 2H2O 4OH-c) Reaksi oksigen pada suasana asam:O2 + 4H+ + 4e- 2H2Od) Reaksi pengendapan logam:M+n + ne- M+e) Reaksi reduksi logam:M+n + e- M+n-1Uraian reaksi secara lengkap dari peristiwa elektrokimianya dapat dijelaskan sebagai berikut :1. Besi dioksidasi oleh H2O atau ion hidrogen:Fe(s) Fe2+(aq) + 2e- (oksidasi)2H+(aq) 2H(aq) ( reduksi )2. Atom-atom H bergabung menghasilkan H2:2H(aq) H2(g)3. Atom-atom H bergabung dengan oksigen:2H(aq) + O2(aq) H2O(l)4. Jika konsentrasi H+ cukup tinggi (pH rendah), maka reaksi:Fe + 2H+(aq) 2H(aq) + Fe2+(aq)2H (aq) H2(g)5. Ion Fe2+ juga bereaksi dengan oksigen dan membentuk karat (coklat kemerah-merahan ) Fe2O3.xH2O dengan menghasilkan ion H+ yang selanjutnya direduksi menjadi H2- :4Fe2+(aq) + O2(aq) + 4H2 O(l) + 2xH2O(l) 2Fe2O3H2O)x(s) + 8H+6. Reaksi totalnya menjadi:4Fe(s) + 3O2(aq) + 2x H2O(l) 2Fe2O3H2O)x(s)Dari reaksi terlihat bahwa korosi melibatkan adanya gas oksigen dan air.Pada reaksi katoda, ion H+ berperan pada terjadinya reduksi oksigen. Semakin besar konsentrasi H+ (semakin asam) maka reaksi akan berlangsung semakin cepat. Sebaliknya, semakin kecil konsentrasi ion H+ (semakin basa) maka reaksi berlangsung semakin lambat dikarenakan besi tidak akan mengalami perkaratan pada pH 9. Hal ini karena laju reaksi elektrokimia dipengaruhi oleh pH.Oleh karena itu, besi yang disimpan dalam udara yang kering akan lebih awet dibanding di tempat yang lembab. Logam-logam Seng, Aluminium dan Magnesium yang mempunyai potensial elektroda lebih kecil daripada Besi mengalami perkaratan yang jauh lebih lambat. Hal ini karena pada permukaan logam-logam tersebut terbentuk lapisan oksida (karat) yang melekat kuat pada logam dibawahnya sehingga melindungi logam tersebut dari perkaratan berlanjut. Berbeda dengan karat besi yang sangat bervariasi dalam banyaknya jumlah pori, karat tersebut tidak melindungi besi dari perkaratan berlanjut. Apabila besi dicampur dengan krom (yang dikenal dengan besi tahan karat atau stainless steel), lapisan oksida krom akan menjadi pelindung terhadap perkaratan berlanjut.2.3. Macam Macam Korosi dan Cara PencegahannyaKorosi dapat dibedakan menjadi beberapa jenis. Perbedaan ini dapat dilihat dengan mata telanjang, namun sebagian korosi perlu menggunakan alat khusus yang dapat mendeteksinya. Macam-macam korosi, yaitu:1. Uniform Attack (korosi seragam)Uniform attack adalah korosi yang terjadi pada permukaan logam akibat reaksi kimia karena pH air yang rendah dan udara yang lembab, sehingga makin lama logam makin menipis. Biasanya ini terjadi pada pelat baja atau profil, logam homogen. Korosi jenis ini bisa dicegah dengan cara diberi lapis lindung yang mengandung inhibitor seperti gemuk. Jika untuk lambung kapal diberi proteksi katodik, pemeliharaan material yang tepat, dan untuk jangka pemakain yang lebih panjang diberi logam berpaduan tembaga 0,4% 2. Pitting Corrosion (korosi sumur) Pitting corrosion adalah korosi yang disebabkan karena komposisi logam yang tidak homogen yang dimana pada daerah batas timbul korosi yang berbentuk sumur. Korosi jenis ini dapat dicegah dengan cara pemilihan bahan yang homogen, diberikan inhibitor, diberikan coating dari zat agresif.3. Errosion Corrosion ( korosi erosi ) Errosion corrosion merupakan korosi yang terjadi karena keausan dan menimbulkan bagianbagian yang tajam dan kasar, bagianbagian inilah yang mudah terjadi korosi dan juga diakibatkan karena fluida yang sangat deras dan dapat mengkikis film pelindung pada logam. Korosi ini biasanya terjadi pada pipa dan propeller. Korosi jenis ini dapat dicegah dengan cara pemilihan bahan yang homogeny, diberi coating dari zat agresif, diberikan inhibitor, hindari aliran fluida yang terlalu deras.4. Galvanis corrosion (korosi galvanis) Galvanis corrosion adalah korosi yang terjadi karena adanya dua logam yang berbeda dalam satu elektrolit sehingga logam yang lebih anodik akan terkorosi. Korosi ini dapat dicegah dengan cara diberi isolator yang cukup tebal hingga tidak ada aliran elektolit, dipasang proteksi katodik dan penambahan anti korosi inhibitor pada cairan.5. Stress corrosion (korosi tegangan) Stress corrosion adalah korosi ini terjadi karena butiran logam yang berubah bentuk yang diakibatkan karena logam mengalami perlakuan khusus ( seperti diregang, ditekuk dll.) sehingga butiran menjadi tegang dan butiran ini sangat mudah bereaksi dengan lingkungan. Korosi jenis ini dapat dicegah dengan cara diberi inhibitor, dan apabila ada logam yang mengalami stres maka logam harus direlaksasi. 6. Crevice corrosion (korosi celah)Crevice corrosion adalah korosi yang terjadi pada logam yang berdempetan dengan logam lain diantaranya ada celah yang dapat menahan kotoran dan air sehingga kosentrasi O2 pada mulut lebih kaya dibandingkan pada bagian dalam, sehingga bagian dalam lebih anodik dan bagian mulut jadi katodik Korosi ini dapat dicegah dengan cara isolator mengeringkan bagian yang basah dan membersihkan kotoran yang ada 7. Korosi mikrobiologi Korosi mikrobiologi adalah korosi yang terjadi karena aktivitas mikroba. Mikroorganisme yang mempengaruhi korosi antara lain bakteri, jamur, alga dan protozoa. Korosi ini bertanggung jawab terhadap degradasi material di lingkungan. Pengaruh inisiasi atau laju korosi di suatu area, mikroorganisme umumnya berhubungan dengan permukaan korosi kemudian menempel pada permukaan logam dalam bentuk lapisan tipis atau biodeposit.Korosi jenis ini dapat dicegah dengan cara memilih logam yang tepat untuk suatu lingkungan dengan kondisi-kondisinya, memberi lapisan pelindung agar lapisan logam terlindung dari lingkungannya, memperbaiki lingkungan supaya tidak korosif, perlindungan secara elektrokimia dengan anoda korban atau arus tandingan, memperbaiki konstruksi agar tidak menyimpan air, lumpur dan zat korosif lainnya. 8. Fatigue corrosion (korosi lelah) Fatigue corrosion adalah korosi ini terjadi karena logam mendapatkan beban siklus yang terus berulang sehingga semakin lama logam akan mengalami patah karena terjadi kelelahan logam. Korosi ini biasanya terjadi pada turbin uap, pengeboran minyak dan propeller kapal. Korosi jenis ini dapat dicegah dengan cara menggunakan inhibitor dan memilih bahan yang tepat atau memilih bahan yang kuat korosi. 2.4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Laju KorosiLaju korosi maksimum yang diizinkan dalam lapangan minyak adalah 5 mpy (mils per year, 1 mpy = 0,001 in/year), sedangkan normalnya adalah 1 mpy atau kurang. Umumnya masalah korosi disebabkan oleh air, tetapi ada beberapa faktor selain air yang mempengaruhi laju korosi, diantaranya:1. Faktor Gas Terlarut.a. Oksigen (O2)Adanya oksigen yang terlarut akan menyebabkan korosi pada metal seperti laju korosi pada mild stell alloys akan bertambah dengan meningkatnya kandungan oksigen. Kelarutan oksigen dalam air merupakan fungsi dari tekanan, temperatur dan kandungan klorida. Untuk tekanan 1 atm dan temperatur kamar, kelarutan oksigen adalah 10 ppm dan kelarutannya akan berkurang dengan bertambahnya temperatur dan konsentrasi garam. Sedangkan kandungan oksigen dalam kandungan minyak-air yang dapat mengahambat timbulnya korosi adalah 0,05 ppm atau kurang. Reaksi korosi secara umum pada besi karena adanya kelarutan oksigen adalah sebagai berikut : Reaksi Anoda : Fe Fe2- + 2e Reaksi katoda : 02 + 2H20 + 4e 4OH-b. Karbondioksida (CO2)Jika kardondioksida dilarutkan dalam air maka akan terbentuk asam karbonat (H2CO2) yang dapat menurunkan pH air dan meningkatkan korosifitas, biasanya bentuk korosinya berupa pitting yang secara umum reaksinya adalah: CO2 + H2O H2CO3Fe + H2CO3 FeCO3 + H2FeC03 merupakan corrosion product yang dikenal sebagai sweet corrosion.2. Faktor TemperaturPenambahan temperatur umumnya menambah laju korosi walaupun kenyataannya kelarutan oksigen berkurang dengan meningkatnya temperatur. Apabila metal pada temperatur yang tidak uniform, maka akan besar kemungkinan terbentuk korosi.3. Faktor pHFaktor pH mempengaruhi laju korosi karena korosivitasnya, pH7 bersifat basa dan juga korosif. Tetapi untuk besi, laju korosi rendah pada pH antara 7 sampai 13. Laju korosi akan meningkat pada pH13.4. Faktor Bakteri Pereduksi atau Sulfat Reducing Bacteria (SRB)Adanya bakteri pereduksi sulfat akan mereduksi ion sulfat (SO42-) menjadi gas H2S. Gas yang terbentuk ini jika berkontak dengan besi akan menyebabkan terjadinya korosi. 5. Faktor Padatan Terlaruta. Klorida (CI)Klorida menyerang lapisan mild steel dan lapisan stainless steel. Padatan ini menyebabkan terjadinya pitting dan crevice corrosion, serta menyebabkan pecahnya alloy. Klorida biasanya ditemukan pada campuran minyak-air dalam konsentrasi tinggi yang akan menyebabkan proses korosi. Selain itu, klorida juga terdapat dalam air laut. Proses korosi juga dapat disebabkan oleh kenaikan konduktivitas larutan garam, dimana larutan garam yang lebih konduktif, laju korosinya juga akan lebih tinggi.b. Karbonat (C03)Kalsium karbonat sering digunakan sebagai pengontrol korosi dimana film karbonat diendapkan sebagai lapisan pelindung permukaan metal, tetapi dalam produksi minyak hal ini cenderung menimbulkan masalah scale.c. Sulfat (S04)Ion sulfat ini biasanya terdapat dalam minyak. Dalam air, ion sulfat juga ditemukan dalam konsentrasi yang cukup tinggi dan bersifat kontaminan, dan oleh bakteri SRB sulfat diubah menjadi sulfida yang korosif.6. Lingkungan a. LokasiKorosi yang terjadi karena faktor lingkungan tergantung pada lokasi logam atau pipa berada: di daerah yang basah atau kering, panas atau dingin, kondisi air tawar atau air laut, di permukaan atau di bawah tanah, memiliki potensi bahan kimia, produksi minyak, dan apakah mengandung uap atau gas.b. MechanicalKorosi yang terjadi karena faktor makanik terjadi ketika kondisi pipa atau logam mendapatkan stress (tekanan), mengalami fatigue (tekanan), terjadi pemindahan, adanya proses kavitasi, erosi dan freeting. 7. Media Korosif Dengan perubahan konsentrasi media korosif pada lingkungan benda konstruksi akan menimbulkan beberapa kondisi korosi. Pengaruh konsentrasi dapat menimbulkan karakteristik berbeda antara kedua benda konstruksi.Untuk material tertentu, konsentrasi korosif sebanding dengan kecepatan korosi.8. OrganismePengaruh organisme terhadap korosi pada logam dapat terjadi secara langsung maupun tidak langsung. Secara langsung terjadi karena organisme menghasilkan zat korosif seperti hidrogen sulfida, carbon dioksida, amonia, asam organik dan anorganik. Pengaruh secara tidak langsung dapat terjadi karena organisme menghasilkan zat katalisator atau depolarisasi yang merupakan bahan untuk mempercepat reaksi elektrokimia antara material dengan lingkungannya. Hal ini menyebabkan laju reaksi semakin meningkat.9. Lingkungan Industri Minyak Pada umumnya di lingkungan industri minyak terdapat 3 area yang seringkali mengalami korosi, yaitu kegiatan produksi, pendistribusian-penyimpanan dan operasi pemisahan. Di daerah sumur condensasi (well condensates) akan sangat banyak terjadi korosi ,ini karena kedalaman yang lebih dari 5000 ft, temperatur terendah dalam sistem adalah 160oF dan tekanan 1500 lb/m2, dan pH dalam sistem ini adalah 5,4 sehingga bersifat asam. Untuk mengetahui karakteristik korosi dalam sumur dilakukan beberapa tindakan, yaitu inspeksi permukaan peralatan, membuat analisa terhadap carbon dioksida dan asam organic, pengujian coupon exposure, survey terhadap tubing-caliper.2.5. Pengendalian KorosiDengan dasar pengetahuan tentang elektrokimia korosi yang dapat menjelaskan mekanisme dari korosi, dapat dilakukan usaha-usaha untuk pengendalian terbentuknya korosi. Banyak cara sudah ditemukan untuk pencegahan terjadinya korosi diantaranya adalah dengan cara proteksi katodik, coating, pembalutan dan penggunaan chemical inhibitor.1. Proteksi KatiodikUntuk mencegah terjadinya proses korosi atau setidaknya untuk memperlambat proses korosi tersebut, maka dipasanglah suatu anoda buatan di luar logam yang akan diproteksi. Daerah anoda adalah suatu bagian logam yang kehilangan elektron. Ion positifnya meninggalkan logam tersebut dan masuk ke dalam larutan yang ada sehingga logam tersebut berkarat. Terlihat disini karena perbedaan potensial maka arus elektron akan mengalir dari anoda yang dipasang dan akan menahan melawan arus elektron dari logam yang didekatnya, sehingga logam tersebut berubah menjadi daerah katoda. Metode inilah yang disebut sebagai proteksi katodik.Dalam hal diatas elektron disuplai kepada logam yang diproteksi oleh anoda buatan sehingga elektron yang hilang dari daerah anoda tersebut selalu diganti, sehingga akan mengurangi proses korosi dari logam yang diproteksi. Anoda buatan tersebut ditanam dalam suatu elektrolit yang sama (dalam hal ini tanah lembab) dengan logam (dalam hal ini pipa) yang akan diprotekasi dan antara dan pipa dihubungkan dengan kabel yang sesuai agar proses listrik diantara anoda dan pipa tersebut dapat mengalir terus menerus.2. CoatingCara ini sering dilakukan dengan melapisi logam (coating) dengan suatu bahan agar logam tersebut terhindar dari korosi.a. Pelapisan dengan semen (concrete coating)Pelapisan ini digunakan pada pipa yang akan dipasang pada daerah air laut, dimana ketebalan semen diharapkan akan dapat menghindarkan kontaminasi secara langsung antara air laut dengan permukaan pipa dan juga selain itu lapisan semen ini juga digunakan sebagai pemberat pipa yang akan diletakkan didasar laut sehingga tidak memerlukan lagi pemberat. Namun kelemahan dari pelapisan semen pada jaringan pipa dasar laut adalah sulit sekali untuk melakukan pemeliharaan atau melakukan inspeksi dengan peralatan yang sederhana, hal ini disebabkan jaringan pipa tersebut sudah tertutup Lumpur didasar laut.Untuk keperluan pemeriksaan dilakukan dengan menggunakan intelegent pig yang dimasukkan dalam jaringan pipa dan didorong oleh fluida yang mengalir pada jaringan pipa tersebut. Dengan pekerjaan yang relatif sederhana intelegent pig dapat memberikan informasi tentang cacat yang ada pada jalur pipa transportasi cukup akurat, baik jenis cacatnya maupun lokasi dimana cacat itu berada.Sehingga sangat memudahkan bagi kita untuk memperbaikinya.b. Pengecatan (Painting)Pengecatan untuk subsea pipeline hanya mungkin dilakukan pada awal instalasi, sehingga untuk pipa yang terendam air pemeliharaan dengan cara pengecatan tidak mungkin dan tidak dilakukan. Pemeliharaan dengan pengecatan dilakukan untuk instalasi pipa yang berada pada bagian permukaan.Dalam pengecatan perlu diperhatikan penggunaan cat yang sesuai dengan standart dan ketebalan cat perlu diperhatikan, yaitu ketebalan antara primer coat, intermediate coat dan top coat. Sebelum pipa dicat harus dilakukan sandblasting terlebih dahulu, untuk memastikan bahwa tidak ada air atau kotoran yang dapat menyebabkan korosi setelah dilakukan pengecatan. Untuk subsea pipelinecara ini tidak dilakukan karena umur cat yang terbatas, sehingga untuk subsea pipeline cara yang sering digunakan yaitu dengan cara pelapisan dengan meggunakan semen atau aspal.c. Pemakaian Bahan-Bahan Kimia (Chemical Inhibitor)Untuk memperlambat reaksi korosi digunakan bahan kimia yang disebut inhibitor corrosion yang bekerja dengan cara membentuk lapisan pelindung pada permukaan metal. Lapisan molekul pertama yang tebentuk mempunyai ikatan yang sangat kuat yang disebut chemis option.Corrosion inhibitor umumnya berbentuk fluid atau cairan yang diinjeksikan pada production line.Karena inhibitor tersebut merupakan masalah yang penting dalam menangani kororsi maka perlu dilakukan pemilihan inhibitor yang sesuai dengan kondisinya. Material corrosion inhibitor dapat berupa bahan organic maupun onorganik. Inhibitor yang diperoleh dari hewan dan tumbuhan yang mengandung unsur karbon dalam senyawanya. Material dasar dari organik inhibitor antara lain, turunan asam lemak alifatik, yaitu: monoamine, diamine, amida, asetat, oleat, senyawa-senyawa amfoter. Inhibitor yang diperoleh dari mineral-mineral yang tidak mengandung unsur karbon dalam senyawanya. Material dasar dari inorganik inhibitor antara lain kromat, nitrit, silikat, dan pospat.

4