pemodelan matematika mekanisme korosi logam s k...

58
PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K R I P S I Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana (S - 1) MERGAR F1A1 12 062 PROGRAM STUDI MATEMATIKA JURUSAN MATEMATIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2016

Upload: others

Post on 22-Jan-2021

12 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM

S K R I P S I

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat sarjana (S - 1)

MERGAR

F1A1 12 062

PROGRAM STUDI MATEMATIKA

JURUSAN MATEMATIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HALU OLEO

KENDARI

2016

Page 2: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,
Page 3: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

iii

KATA PENGENTAR

Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah

Subhanahu Wa Ta’lla sehingga penyusunan tugas akhir yang berjudul

“Pemodelan Matematika Mekanisme Korosi Logam ” dapat terselesaikan

sebagaimana mestinya. Tugas akhir ini merupakan persyaratan dalam

penyelesaian tahap pendidikan sarjana S-1 pada Jurusan Matematika Fakultas

MIPA Universitas Halu oleo.

Penulis sepenuhnya menyadari jika seluruh rangkaian kegiatan, dimulai

dari awal penyusunan hingga penyelesaian tugas akhir ini, senantiasa mendapat

bantuan dan petunjuk dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan

terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada Bapak Drs. Asrul Sani,

M.Sc., Ph.D Selaku pembimbing I dan kepada Bapak Dr.Mukhsar, S.Si., M.Si

selaku pembimbing II, yang telah memberikan petunjuk, arahan, bimbingan dan

motivasi yang sangat berharga kepada penulis.

Karya ini secara khusus penulis persambahkan untuk keluarga tercinta,

ayahanda Drs. La Podo serta ibunda Rosdiana, Sm.Hk yang tak pernah berhenti

memberikan segala bentuk cinta, doa restu dan pengorbanannya yang tulus

kepada penulis dan untuk adikku Yulia, Amd. Farm dan Sitti Nurhaliza atas

segala dukungan yang telah diberikan untuk penulis.

Rasa terima kasih juga penulis ucapkan kepada :

1. Rektor Universitas Halu Oleo.

2. Dekan Fakultas MIPA Universitas Halu Oleo.

Page 4: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

iv

3. Ketua Jurusan Matematika Fakultas MIPA Universitas Halu Oleo.

4. Kepala Laboratorium Komputasi Matematika Fakultas MIPA.

5. Bapak Prof. Edi Cahyono, M.Si Ibu Norma Muhtar, S.Si., M.si., serta

Bapak La Gubu, S.Si., M.Si sebagai penguji yang telah memberikan

masukan dalam seminar tugas akhir.

6. Seluruh staff pengajar FMIPA Program Studi Matematika Universitas

Halu Oleo yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis.

7. Seluruh staff tata usaha FMIPA Universitas Halu Oleo.

8. Seluruh staff perpustakaan FMIPA Universitas Halu Oleo.

9. Ketua Jurusan Kimia FMIPA Universitas Halu Oleo Bapak Dr. La Ode

Ahmad Nur Ramadhani, M.Si

10. Seluruh Keluarga Besarku Khususnya Nenek , Mami sita, Paman

Ali,Paman Rusli, Paman Damsir, Paman Dode, Bibi Hajar, Mama

Helmi, Kak Ilo, Bapak & Mama Novi, yang telah memberikan Support.

11. Sahabatku “The Gank(TG)” khususnya Nisrina Nasrun, S.Mat, Vivi

Olivia Oktavia, Rusianti, Risda Ummi Kalsum, Nella Aprilya

Nurkaidah, S.Mat, Evi Musfira, Agustima, Yeni Marinda, S.Mat,

Syech Muh. Syam Abdullah, S.Mat, Rianto, S.Mat, Ilham Yunus, A.

Rivaldy Laurens SL, Yacobus, Rahim Indra Sadiq, Rahmadin La

Oga, S.Mat, Iksan Jaya. Inilah mereka yang selalu memberikan

Semangat, Motivasi, Bantuan dan Pengetahuan, Terima kasih sudah

menjadi sahabat yang merangkul dan mau menerima segala kekurangan

Penulis.

Page 5: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

v

12. Sahabatku Nurdahlia, Triana Saprah, Wina aprilya, Nengsih

Ambarwati, dan Putu Suhartini Terimah kasih sudah menjadi sahabat

yang selalu ada untuk Penulis, memberikan semangat dan selalu

mendoakan penulis.

13. Senior-Senior Math : Agusman S.Si, Suparno S,Si, Gusti Arviana Rahman

S.Si, Ismail Jafar S.Si, Zulhulaeva S.Si, Bernadus Ardi ariwijaya S.Si,

Ardiansyah Husein S.Si, Abdul Rajab, Kasliono S.mat, Andi Dwi Mutiara

S.mat, Kalfin S.mat, Sarlianti, Edicun Baharudin, Rahmat Budianto,

Wd. Sarfintala S.mat, Wahyu Mustika Ningrum S.mat, Nurhayati S.mat,

Agus Ruprianto.

14. Teman-teman math 012, (Rosni, Nansi, Saru, Fia) si empat

serangkai,Gadis ceria yang selalu memberikan bantuan. (Cika, Mimink,

Dian, Egi, Novi) cewek-cewek muslimahnya Matematika . (Galih,

Akwal, Andarwan, Jakrin, Wasno, Kamarudin, Lola, Ana, evi, Randy)

anak-anak kecenya matematika. (Obil, Bertin, Fuad, Sandi, Dani, Igo,

Astrid, Ela, Windy, Jendri) anak DKK orang-orang Gaulnya Matematika.

(Sulas, Feby, Reski) Trio Wekweknya matematika. Dan Teman-teman

yang tak dapat saya sebutkan satu-persatu.

15. Adik-adik math 013, 014, 015 Fadil, Adrun, Fitri, Rahma, Yuni, Indah,

Uti, Rima, Fajar, Mail, Thesa, Noni, Fadil, Guslan, Wandy, Isna, Irma,

Sinar, Adhe, Iki, Awal, Midun, Santi, Yoram, Vina, Mahmun, Muniar,

Ichal, Eken, Hajriani, Febri, Ayu, Aura, Regina, Ardi, Fitri, Farida, Lutfi,

dan yang tak dapat saya sebutkan satu-persatu.

Page 6: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

vi

16. Sahabat tercinta dibangku SMP ( Efrianti, Gita Prasasti Sukma Dewi, Iko

Herpian, jumrawati, Sayu Arianjani, Iarwati hamid, Meriati Samen, Emi

Nurfiani)

17. Sahabat tercinta dibangku SMA (Trito Reski Sidupa, Destiwin, Suningsih,

Sujatman, Roni Joko Kristianto, Anti Wahyuni, Nurhikma, Susi Susanti,

Salfriani, Israwati Hamid, Novia wulandari,).

18. Teman-teman KKN Desa Kombungo, Kec. Lasalepa, Kabupaten Muna

Kak Asrul Safiuddin, S.T, Kak Agus Septian Husen, Sitti Aisya, S.Pi

Irfan, S.H, Kak Isra, Soni Ruben, S.Farm dan Ayuni.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan

karena hanya Allah SWT yang Maha Sempurna. Oleh karena itu dengan Segala

kerendahan hati penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk

perbaikan tulisan ini. Penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi diri

penulis dan pembanca serta berguna dalam pengembangan ilmu pengetahuan.

Kendari, Agustus 2016

Penulis

Page 7: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

vii

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL....................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN......................................................................... ii

KATA PENGANTAR..................................................................................... iii

DAFTAR ISI.................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR....................................................................................... ix

DAFTAR TABEL............................................................................................ x

DAFTAR LAMPIRAN................................................................................... xi

ABSTRAK........................................................................................................ xii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang.................................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah............................................................................... 3

1.3. Tujuan Penelitian............................................................................... 3

1.4. ManfaatPenelitian............................................................................... 3

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1. Korosi.................................................................................................. 4

2.2. Skema Proses Korosi........................................................................... 4

2.3. Pemodelan Matematika....................................................................... 8

2.4. Titik Kesetimbangan .......................................................................... 10

2.5. Linearisasi Sistem di sekitar Titik Kesetimbangan............................. 11

2.6. Nilai Egen............................................................................................ 12

2.7. Sifat-sifat Kesetimbangan................................................................... 13

2.8. Metode Runge-Kutta Orde 4............................................................... 14

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian............................................................. 16

3.2. Metode dan Prosedur Penelitian.......................................................... 16

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Model matematika proses korosi suatu logam.................................... 19

4.1.1. Model 1................................................................................... 19

Page 8: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

viii

4.1.2. Model 2................................................................................... 20

4.2. Titik Kesetimbangan........................................................................... 22

4.2.1. Model 1................................................................................... 23

4.2.2. Model 2................................................................................... 23

4.3. Analisis Kestabilan Sistem di sekitar Titik Kesetimbangan............... 24

4.3.1. Model 1................................................................................... 24

4.3.2. Model 2................................................................................... 27

4.4.Simulasi Numerik.................................................................................. 31

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan......................................................................................... 33

5.2. Saran.................................................................................................... 34

Page 9: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

ix

DAFTAR GAMBAR

Halaman

2.1 Proses Korosi Logam ...................................................................... 5

2.2 Proses Kororsi Logam setelah penambahan Inhibotor................... 6

2.3 Jenis – jenis Kestabilan.................................................................. 14

4.1 Proses Korosi Logam sebelum penambahan Inhibitor..................... 20

4.1 Proses Kororsi Logam setelah penambahan Inhibotor................... 21

4.2 Laju perubahan proses korosi logam sebelum penambahan

Inhibitor..........................................................................................

21

44 Laju perubahan proses korosi logam setelah penambahan

Inhibitor..........................................................................................

34

Page 10: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

x

DAFTAR TABEL

Halaman

4.1 Nilai parameter-parameter dalam model proses korosi sebelum

penambahan inhibitor ................................................................

31

4.2 Sifat kestabilan titik kesetimbangan proses korosi sebelum

penambahan inhibitor .................................................................

32

4.3 Nilai parameter-parameter dalam model proses korosi setelah

penambahan inhibitor .................................................................

33

4.4 Sifat kestabilan titik kesetimbangan proses korosi setelah

penambahan inhibitor .................................................................

33

Page 11: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Titik Kesetimbangan dan Nilai Eigen Model Matematika

mekanisme korosi logam sebelum penambahan

inhibitor.............................................................................

37

Lampiran 2 Titik Kesetimbangan dan Nilai Eigen Model Matematika

mekanisme korosi logam setelah penambahan

inhibitor.............................................................................

38

Lampiran 3 Perintah menggunakkan software Matlab membuat grafik

laju perubahan proses korosi logam sebelum penambahan

inhibitor.............................................................................

41

Lampiran 4 Perintah menggunakkan software Matlab membuat grafik

laju perubahan proses korosi logam setelah penambahan

inhibitor.............................................................................

41

Page 12: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

xii

PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM

Oleh :

MERGAR

F1A1 12 062

ABSTRAK

Logam merupakan bahan yang banyak digunakan untuk berbagai keperluan.

Dalam udara terbuka logam mudah teroksidasi yang menimbulkan korosi

sehingga dapat menurunkan kualitas dan kekuatannya. Korosi berasal dari bahasa

latin “Corrodere” yang artinya perusakan logam atau berkarat akibat

lingkungannya. Korosi umumnya memberikan dampak negatif bagi lingkungan.

Dalam penelitian ini akan di bahas 2 Model, Model 1 membahas model

matematika mekanisme korosi logam sebelum penambahan inhibitor. Model 2

membahas model matematika mekanisme korosi logam dengan penambahan

inhibitor. Tujuan dari penelitian ini adalah menetukkan model matematika

mekanisme korosi logam dan perilaku selesaiannya. Model tersebut di selesaikan

dengan ditentukkan nilai parameter –parameter yang membuat sistem stabil.

Selanjutnya akan dianalisa perilaku selesaiannya dengan menggunakkan nilai

eigen dan sifat-sifat kestabilan titik kesetimbangan. Setelah itu dilakukan simulasi

numerik dan interpretasi hasil yang di peroleh.

Kata kunci : Korosi, nilai eigen, titik kesetimbangan, sifat kestabilan.

Page 13: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

xiii

MATHEMATICS MODEL MECHANISM OF METAL CORROSION

By :

MERGAR

F1A112062

ABSTRACT

Metal is a material that most used in case of daily life necessary. In an open air,

metal will easily oxidized which it will result corrosion and decrease its quality

and power. Corrosion came from Latin word “Corrodere” which means vitiation

of metal or rusty as the effect of its environment. This research will discuss 2

Models which Model 1 is about mathematics model of metal corrosion without

inhibitor. Model 2 is about mathematics model of metal corrosion with inhibitor

added. The purpose of this research is to determine the mathematics model

mechanism of metal corrosion and its expiry behavior. This model will be

finished by the determination of the parameters that will stabilize the system. Next

is analyze the equilibrium, and then numeric simulation to the last, result

interpretation.

Key words : Corrosion,eigenvalues,equilibrium point, stability properties.

Page 14: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Logam merupakan bahan yang banyak digunakan untuk berbagai keperluan.

Dalam udara terbuka logam mudah teroksidasi yang menimbulkan korosi

sehingga dapat menurunkan kualitas dan kekuatannya.

Korosi berasal dari bahasa latin “Corrodere” yang artinya perusakan logam

atau berkarat akibat lingkungannya. Korosi merupakan proses elektrokimia yang

terjadi pada logam, atau proses perusakan material karena berekasi dengan

lingkungannya. Selain itu, korosi juga diartikan sebagai kerusakan yang terjadi

pada material akibat adanya reaksi kimia. Tetapi di masyarakat korosi lebih

identik dengan istilah karat, yang merupakan korosi khusus pada besi, hal ini

terjadi karena besi merupakan logam yang paling banyak digunakan di

masyarakat. Korosi terbagi menjadi dua jenis yaitu korosi internal yang terjadi

akibat adanya kandungan CO2 dan H2S pada minyak bumi sehingga apabila

terjadi kontak dengan air akan membentuk asam yang menyebabkan korosi dan

korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan

peralatan, baik yang kontak dengan udara bebas dan permukaan tanah, akibat

adanya kandungan zat asam pada udara dari tanah. Umunya korosi disebabkan

oleh beberapa faktor berikut ini diantaranya adalah adanya reaksi spontan,

lingkungan yang korosif seperti elektrolit cair dengan pH yang cukup rendah yang

dapat mengkorosi baja, dan kontak elektrolit, seperti persambungan dua logam

Page 15: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

2

(Hong and Jepson, 2001; Cruz dkk, 2005). Adapun beberapa cara untuk mencegah

atau memperlambat korosi yaitu dengan cara mengecat cat yang dapat

menghindarkan kontak langsung antara besi dan udara lembab sehingga dapat

memperlambat korosi, melumuri dengan oli yang dapat mecegah kontak langsung

dengan air dan udara lembab, cara ini digunakan pada perkakas dan mesin, dibalut

dengan plastik, Tin Plating ialah pelapisan dengan timah cara ini biasanya

dilakukan pada kaleng makanan, galvanasi adalah pelapisan dengan Zink biasanya

dilakukan pada tiang listrik atau tiang telepon, pipa air atau pagar, selanjutnya

Cromium Plating adalah pelapisan dengan menggunakkan kromium, sama seperti

zink kromium juga memberikan perlindungan terhadap korosi meskipun lapisan

kromium mudah rusak, cara ini ini dilakukan pada sepeda dan bumper mobil.

Kerugian yang diakibatkan dari proses korosi terhadap kehidupan manusia dari

segi ekonomi, korosi dapat menyebabkan tingginya biaya perawatan, yang

diakibatkan oleh kebocoran uap, dan kerugian produksi pada suatu industri akibat

pekerjaan yang tehenti pada waktu perbaikan bahan yang terserang korosi.

Selanjutnya dari segi lingkungan adanya proses pengkaratan besi yang berasal

dari berbagai kontruksi yang dapat mencemarkan lingkungan.

Penelitian yang menggunakan model matematika untuk korosi suatu logam

telah banyak digunakan diantaranya Model matematika Pada Mekanisme Laju

Korosi Logam Baja dengan Penambahan Inhbitor (Wahyuningrun, 2012) dan

Methematical Model in Study of Corrosion Inhibiton Mechanisme of Imidazole

Derivative Compounds towards Carbon Steel in 1% Solution, namun para peneliti

sebelumnya hanya menggunakkan model tersebut tanpa mengetahui titik

Page 16: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

3

kesetimbangan dan sifat kestabilan dari model yang telah di peroleh oleh kerena

itu peneliti tertarik untuk mengkaji “ Pemodelan Matematika Mekanisme

Korosi Logam ”.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan permasalahan yang akan dibahas, yaitu :

1. Bagaimana model matematika mekanisme korosi suatu logam

2. Bagaimana prilaku selesaian model matematika proses korosi suatu logam.

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dalam penelitian ini adalah :

1. Menyusun model matematika proses korosi sutau logam.

2. Menentukan prilaku selesaian model matematika untuk korosi suatu logam.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini adalah diperolehnya

pengetahuan untuk menyusun model matematika proses korosi suatu logam dan

dapat memberikan sambungan pemikiran dan penalaran tentang aplikasi

matematika dibidang kimia dan fisika, khususnya model matematika mekanisme

korosi logam.

Page 17: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Korosi

Korosi berasal dari bahasa latin “Corrodere” yang artinya perusakan logam

atau berkarat akibat lingkungannya. Korosi merupakan proses elektrokimia yang

terjadi pada logam, atau proses perusakan material karena bereaksi dengan

lingkungannya. Selain itu, korosi juga diartikan sebagai kerusakan yang terjadi

pada material akibat adanya reaksi kimia. Tetapi dimasyarakat korosi lebih identik

dengan istilah karat, yang merupakan korosi khusus pada besi, hal ini terjadi

karena besi merupakan logam yang paling banyak digunakan dimasyarakat.

Korosi terbagi menjadi dua jenis yaitu korosi internal yang terjadi akibat adanya

kandungan CO2 dan H2S pada minyak bumi sehingga apabila terjadi kontak

dengan air akan membentuk asam yang menyebabkan korosi dan korosi eksternal

yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan, baik

yang kontak dengan udara bebas dan permukaan tanah, akibat adanya kandungan

zat asam pada udara dari tanah (Suriadi, 2007). Inhibitor adalah zat kimia baik

senyawa anorganik maupun organik, yang bereaksi dengan permukaan logam,

atau dengan lingkungan tempat permukaan logam berinteraksi, dan kemudian

memberikan perlindungan yang cukup pada permukaan logam terhadap proses

korosi (Bentiss dkk, 2004; Lopez dkk, 2004).

2.2 Skema proses Korosi

Model matematika dari mekanisme korosi berdasarkan pada Teori Keadaan

Peralihan dimana logam terlebih dahulu berubah menjadi ion-ion logam (keadaan

Page 18: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

5

peralihan) sebelum menjadi hasil reaksi (produk terkorosi), seperti dalam Gambar

2.1

Gambar 2.1 Proses Korosi

Berdasarkan Gambar 2.1 L mewakili molaritas logam yang akan terkorosi,

N mewakili molaritas ion-ion logam yang merupakan logam keadaan peralihan

dalam keadaan peralihan, dan K mewakili molaritas hasil reaksi (produk

terkorosi). Konsentrasi dari ketiga komponen diatas menjadi kompartemen dalam

model matematika dari mekanisme laju korosi sebelum penambahan inhibitor.

Untuk melihat pengaruh penambahan inhibitor pada model ini ditambahkan satu

kompartemen baru yaitu konsentrasi dari inhibitor korosi, yang disebut I.

Persamaan Michaelis-Menten digunakan untuk menjelaskan besarnya laju

reaksi yang terjadi dalam sistem. Pemilihan persamaan Michaelis-Menten untuk

mendekati mekanisme proses korosi pada sistem yang diteliti adalah karena

banyak literatur menunjukkan bahwa adanya keadaan intermediet logam yang

terkorosi sebelum menjadi produk terkorosinya, sebagaimana halnya intermediet

substart-enzim (ES) dalam persamaan Michaelis-Menten.

a Model tanpa Inhibitor

Berdasarkan Gambar 2.1 model yang dikontruksi mengabaikan faktor

inhibitor.

L N K

Page 19: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

6

(2.1)

Persamaan pertama pada sistem persamaan (2.1) menunjukkan perubahan

konsentrasi logam per satuan waktu yang penambahannya dipengaruhi oleh laju

perubahan ion-ion logam kembali menjadi logam (ditunjukkan oleh perkalian

) dan pengurangannya dipengaruhi oleh laju perubahan logam menjadi ion-

ion logam (ditunjukkan oleh perkalian ). Persamaan kedua menunjukkan

perubahan konsetrrasi ion-ion logam persatuan waktu yang penambahannya

dipengaruhi oleh laju perubahan logam menjadi ion-ion logam dan

pengurangannya dipengaruhi oleh laju perubahan ion-ion logam kembali menjadi

logam serta laju perubahan ion-ion logam kembali menjadi prosuk terkorosi yang

dijelaskan oleh persamaan Michaelis Menten. Persamaan ketiga menjelaskan

penambahan konsentrasi produk terkorosi persatuan waktu yang hanya

dipengaruhi oleh laju perubahan ion-ion logam menjadi produk terkorosi yang

dijelaskan oleh persamaan Michaelis Menten.

b Model dengan Inhibitor

Model dengan Inhibitor di modifikasi dari Gambar 2.1 diuraikan pada

Gambar 2.2

Page 20: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

7

s

Gambar 2.2 Proses korosi setelah penambahan inhibitor

Berdasarkan skema pada gambar 2.2 di peroleh sistem persamaan seperti

yang di uraikan pada persamaan (2.2)

(2.2)

Pengaruh penambahan inhibitor terlihat pada persamaan dua dan ketiga

selain itu muncul persamaan baru yang menjelaskan perubahan konsentrasi

senyawa inhibitor persatuan waktu. Persamaan pertama pada sistem persamaan

(2.2) menjelaskan perubahan konsentrasi logam per satuan waktu yang tidak

terpengaruh oleh penambahan inhibitor dan persamaannya sama dengan pertama

pada sistem persamaan (2.1). Sedangkan untuk persamaan yang menjelaskan

perubahan konsentrasi ion-ion logam dalam larutan yaitu persamaan kedua

dimana faktor yang mempengaruhinya ialah adanya reaksi inhibitor dengan

ligkungan menggatikan reaksi logam dengan lingkungannya. Disini pengaruh

inhibitor bertanda positif yang menjelaskan bahwa inhibitor fungsinya

menghambat pembentukkan ion-ion logam bukan mempercepat.

I

L N K

Page 21: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

8

Persamaan ketiga menjelaskan perubahan konsentrasi produk korosi per

satuan waktu yang dipengaruhi oleh reaksi logam dengan lingkungan dan reaksi

inhibitor dengan lingkungan. Faktor inhibitor bernilai negatif karena konsentrasi

produk terkorosi berkurang seiring penambahan inhibitor ke dalam system.

Terakhir, persamaan keempat menjelaskan perubahan konsentrasi senyawa

inhibitor per satuan waktu dimana konsentrasi senyawa inhibitor hanya akan

berkurang dengan laju yang dijelaskan persamaan Michaelis Menten

(Wahyuningrum dkk, 2012).

2.3 Pemodelan Matematika

Kita sering mendengarkan kata model dalam kehidupan sehari-hari. Model

dapat diterjemahkan sebagai „tiruan‟ yang menyerupai sesungguhnya; dalam

beberapa hal memiliki karakteristk benda aslinya. Model dapat dibedakan menjadi

model ikonik, model analog, model simbolik. Model ikonik menyerupai model

aslinya dari segi fisik dari segi fisik, seperti bentuk, pola, dan fungsi. Model

analog adalah model yang berupa sistem dan digunakan untuk menggambarkan

atau menjelaskan sistem lain. Sedangkan model simbolik adalah model yang

menggunakan simbol atau lambang untuk menggambarkan sifat-sifat

(karakteristik) objek yang dimodelkan. Model matematika merupakan salah satu

model yang menggunakan lambang atau simbol.

Model matematika suatu fenomena adalah suatu ekspresi matematika yang

diturunkan dari fenomena tersebut. Ekspresi dapat berupa persamaan, sistem

persamaan atau ekpresi-ekspresi matematika yang lain seperti fungsi dan relasi.

Model matematika dapat diklasifikasikan lagi menjadi model statistik, model

Page 22: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

9

deterministik, dan model probabilistik atau stokastik. Model statistik bisa berupa

fungsi baik satu variabel atau lebih. Model deterministik hanya untuk

menggambarkan gejala-gejala yang dapat diukur dengan derajat kepastian yang

tinggi. Model probabilistik atau stokastik untuk menggambarkan gejala yang

bersifat probabilistik atau stokastik. Dalam modelnya terdapat variabel atau

parameter yang bersifat probabilstik atau stokastik.

Pemodelan matematika merupakan proses dalam menurunkan model

matematika dari suatu fenomena berdasarkan asumsi-asumsi yang digunakan.

Secara umum dalam menerapkan matematika untuk mempelajari suatu fenomena

meliputi tiga langkah, yaitu:

Pemodelan matematika suatu fenomena, perumusan masalah.

Langkah ini untuk menterjemahkan data maupun informasi yang di peroleh

tentang suatu fenomena dari masalah nyata menjadi model matematika. Dalam

model matematika, suatu fenomena dapat dipelajari secara lebih terukur

(kuantitatif) dalam bentuk (sistem) persamaan/pertidaksamaan matematika

maupun ekspresi matematika.

Pencarian solusi/kesimpulan matematika.

Setelah model matematika diperoleh, solusi atas model tersebut dicari dengan

menggunakan metode-metode matematika yang sesuai. Solusi matematika ini

sering dinyatakan dalam fungsi-fungsi matematika, angka-angka maupun

grafik.

Interpretasi solusi/kesimpulan matematika pada fenomena yang dipelajari.

Page 23: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

10

Dalam matematika terapan, solusi yang berupa fungsi, angka-angka maupun

grafik tidak berarti banyak apabila solusi tersebut tidak menjelaskan

permasalahan awalnya. Oleh karena itu, interpretasi solusi penting untuk

mengerti arti dan implikasi solusi tersebut terhadap fenomena awal dari mana

masalahnya berasal (Edi Cahyono,2013)

2.4

2.5 Titik Kesetimbangan

Teori kestabilan berikut sangat diperlukan dalam menganalisa kestabilan

dari model yang sudah ada. Diberikan sistem persamaan linear sebagai berikut:

( )

(2.3)

( )

dengan kondisi awal ( ) . Sehingga sistem persamaan

(2.3) dapat ditulis sebagai

( ) dengan ( )

dan ( )

( ( ) ( ) ( ) ) dimana adalah ruang dimensi dan adalah “

“ adalah transpose serta memenuhi kondisi awal ( ) ( ).

Selanjutnya notasi ( ) menyatakan solusi sistem persamaan (2.3) di atas

yang melalui . Diberikan sistem persamaan non linear

( )

(2.4)

( )

Page 24: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

11

dengan adalah fungsi non linear dan kontinu, .

Perilaku solusi pada persekitaran titik kesetimbangan non linear pada

Persamaan (2.4) dapat ditentukkan setelah pelinieran pada persekitaran titik

kesetimbangan sistem.

Definisi 2.1. Titik ( ) disebut titik kesetimbangan pada sistem (2.4) jika

( ) (

)

Selanjutnya untuk mengetahui perlaku sistem disekitar titik kesetimbangan

digunakan konsep kestabilan (Bellomo dan Presziosi, 1995).

2.6 Linearisasi Sistem di Sekitar Titik Kesetimbangan

Definisi 2.2 Titik ( ) disebut titik titik kesetimbangan

(equilirium) dari

( ), jika ( ) . Titik kesetimbangan disebut titik

kesetimbangan hiperbolik dari

( ) jika semua nilai eigen dari matriks

( ) tidak nol bagian realnya (Panvilov, 2004).

Perilaku selesaian sistem non linear

( ) disekitar titik kesetimbangan

dapat didekati dengan meninjau sifat solusi linear

dimana matriks

Jacobian, ( )

Deret Taylor ( ) di sekitar titik kesetimbangan adalah

( ) ( )

∑ (

)

( )

∑ (

)

( )

∑ (

)

( )

Page 25: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

12

( ) ( )

∑ (

)

( )

∑ (

)

( )

∑ (

)

( )

( ) ( )

∑ (

)

( )

∑ (

)

( )

∑ (

)

( )

Karena di titik kesetimbangan ( ) , dimana dan di

sekitar titik kesetimbangan dianggap cukup dekat dengan , maka suku-suku

yang memuat pangkat dua atau lebih seperti ( ) ( )

dan

seterusnya, nilainya sangat kecil dan dapat diabaikan sehingga diperoleh :

( )

dengan

( ) [ ( )

( )

]

[ (

)

( )

(

)

( )

]

[

] (2.5)

Hal ini menunjukkan bahwa fungsi linear ( ) merupaka aproksimasi

untuk fungsi non linear ( ) disekitar titik kesetimbangan , sehingga tafsiran

solusi dari sistem non linear

( ) disekitar titik dengan mencari solusi

, dengan matriks turunan parsial pertama yang disebut matriks

Jacobian. Nilai eigen matriks memberikan informasi kestabilan lokal disekitar

titik kesetimbangan (Nayfeh & Balachandra, 1995).

Page 26: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

13

2.7 Nilai Eigen

Definisi 2.3. Jika A adalah matriks berukuran maka vektor tak nol x di

dalam nR dinamakan vektor eigen (eigen value) dari A jika Ax adalah

kelipatan skalar dari x , yakni:

(2.6)

Untuk suatu skalar dikatakan nilai eigen (eigenvalue) dari A dan vektor x

dikatakan vektor eigen yang bersesuaian dengan (Anton, 1987).

Untuk mencari nilai eigen matriks A yang berukuran maka bentuk

dituliskan sebagai:

( ) (2.7)

dengan I adalah matriks identitas berukuran .

Persamaan (2.7) mempunyai selesaian tak nol (nontrivial) jika dan hanya

jika:

| | (2.8)

Persamaan (2.8) dikatakan persamaan karakteristik dari . Skalar yang

memenuhi persamaan ini disebut nilai eigen (eigen value) dan yang bersesuaian

dengan disebut vektor eigen.

2.8 Sifat-sifat Kestabilan Titik Kesetimbangan

Diberikan sistem linear

misalkan adalah vektor

eigen dari matriks yang bersesuaian dengan nilai eigen

.

Adapun bentuk-bentuk umum dan tipe-tipe kesetimbangan linear menurut

Tarumingkeng (1994):

Page 27: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

14

1. Kedua nilai eigen positif, menghasilkan trayektori simpul tak stabil

(unstable node).

2. Nilai eigennya positif dan yang lainnya negative, menghasilkan titik plana

(saddle point).

3. Kedua nilai eigennya negative, menghasilkan simpul stabil (stable node).

4. Bagian real positif, menghasilkan spiral tak stabil (unsable node).

5. Bagian real nol, menghasilkan trayektori pusat sentral atau stabil netral

(neutral center atau neutral stable).

6. Bagian real negative, menghasilkan spiral stabil (stable spiral).

Bentuk umum kestabilan di sekitar titik tetap diberikan dalam Gambar 2.3

Simpul Stabil Simpul Tidak Stabil Saddle Spiral Tidak Stabil

Center Spiral Stabil

Gambar 2.3 Jenis-jenis Kestabilan

2.9 Metode Runge-Kutta Orde 4

Metode Runge-Kutta adalah teknik numerik yang digunakan untuk

menyelesaikan persamaan diferensial biasa. Metode Runge-Kutta memberikan

Page 28: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

15

hasil ketelitian yang lebih besar dan tidak memerlukan turunan dari fungsi, bentuk

umum dari metode Runge-Kutta adalah:

( )

dengan ( ) adalah fungsi pertambahan yang merupakan kemiringan

rerata pada interval. Fungsi pertambahan dapat ditulis dalam bentuk umum:

dengan a adalah konstanta dan k adalah:

( )

( )

( )

( )

Persamaan tersebut menunjukkan bahwa nilai k mempunyai hubungan

berurutan. Nilai muncul dalam persamaan untuk menghitung , yang juga

mencul dalam persamaan untuk menghitung , dan seterusnya. Hubungan yang

berurutan ini membuat metode Runge-Kutta adalah efisien dalam hitungan.

Metode Runge-Kutta Order 4

Metode Runge-Kutta order 4 banyak digunakan karena mempunyai ketelitian

lebih tinggi. Metode ini mempunyai bentuk:

( )

dengan

( )

Page 29: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

16

(

*

(

*

( )

Page 30: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini berlangsung dari bulan Maret 2016 sampai dengan hasil

penelitiannya selesai. Penelitian ini bertempat di Laboratorium Penelitian

Mahasiswa Jurusan Matematika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam Universitas Halu Oleo.

3.2 Metode dan Prosedur Penelitian

Metode yang diterapkan dalam menyelesaikan penelitian ini adalah metode

kepustakaan (library research) dengan urutan kerja sebagai berikut.

1. Studi literatur yang berkaitan dengan proses korosi.

2. Membuat asumsi model proses korosi.

3. Membuat model matematika berdasarkan asumsi.

4. Menyelesaikan analisis kestabilan dengan mencari titik kesetimbangan,

matriks Jacobi, mencari nilai eigen, dan mengidentifikasi sifat kestabilan dari

nilai eigen yang diperoleh.

5. Membuat simulasi numerik dari model proses korosi.

6. Menginterpretasikan hasil yang diperoleh.

Page 31: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Model matematika proses korosi suatu logam

Model matematika mekanisme korosi logam dalam lingkungan di buat ke

dalam dua model, yaitu model 1 korosi tanpa inhibitor dan model 2 korosi dengan

penambahan inhibitor. Dalam bab ini akan dibahas mengenai asumsi, skema, dan

formulasi model matematika proses korosi suatu logam serta akan di jelaskan

bagaimana cara menentukkan titik kesetimbangan dan sifat kestabilannya.

4.1.1 Model 1 ( Model tanpa Inhibitor)

Asumsi 4.1 asumsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai

berikut:

1. L mewakili molaritas logam yang akan terkorosi, N mewakili molaritas

logam yang merupakan logam dalam „keadaan peralihan‟, dan K mewakili

molaritas hasil reaksi (produk terkorosi).

2. Laju perubahan ion-ion logam kembali menjadi logam (ditunjukkan oleh

perkalian , laju perubahan logam menjadi ion-ion logam (di tunjukkan

oleh perkalian , dan laju perubahan ion-ion logam menjadi produk

terkorosi dijelaskan oleh persamaan Michaelis Menten (Pemilihan persamaan

Michaelis-Menten untuk mendekati mekanisme proses korosi suatu logam

pada sistem yang di teliti karena adanya keadaan intermediet logam yang

terkorosi sebelum menjadi produk terkorosinya sebagaimana halnya

intermediet substrat-enzim (ES) dalam persamaan Michelis-Menten.

Page 32: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

19

3. Laju pembentukkan ion-ion logam (logam dalam keadaan peralihan) sama

dengan laju penguraian ion-ion logam kembali menjadi logam.

Skema Model tanpa Inhibitor

Berdasarkan Gambar 2.1 dan Asumsi 4.1 maka skema untuk model proses

korosi suatu logam di sajikan pada Gambar 4.1

Gambar 4.1 Proses Korosi Logam tanpa inhibitor

Berdasarkan Asumsi 4.1 dan skema Gambar 4.1, maka diperoleh model

sebagai berikut:

(4.1)

dimana

Keterangan:

L = logam yang akan terkorosi

N = ion-ion logam yang merupakan logam dalam keadaan peralihan

K = hasil reaksi (produk terkorosi)

= laju perubahan logam menjadi ion-ion logam

= laju perubahan ion-ion logam kembali menjadi logam

= laju perubahan ion-ion logam menjadi produk terkorosi

= laju reaksi maksimum

= kontanta Michaelis Menten

L N K

Page 33: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

20

4.1.2 Model 2 ( Model dengan Inhibitor)

Model 2 menggambarkan bagaimana proses korosi logam dengan

penambahan inhibitor

Asumsi 4.2 asumsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai

berikut:

1. L mewakili molaritas logam yang akan terkorosi, N mewakili molaritas

logam yang merupakan logam dalam „keadaan peralihan‟, K mewakili

molaritas hasil reaksi (produk terkorosi) dan I inhibitor korosi.

2. Laju perubahan ion-ion logam kembali menjadi logam (ditunjukkan oleh

perkalian , laju perubahan logam menjadi ion-ion logam (di tunjukkan

oleh perkalian , dan laju perubahan ion-ion logam menjadi produk

terkorosi dijelaskan oleh persamaan Michaelis Menten.

3. Laju pembetukkan ion-ion logam (logam dalam keadaan peralihan) sama

dengan laju penguraian ion-ion logam kembali menjadi logam.

4. s adalah penambahan inhibitor secara konstan.

Berdasarkan Gambar 2.2 dan Asumsi 4.2 maka skema untuk model proses

korosi suatu logam di sajikan pada Gambar 4.2

Page 34: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

21

s

Gambar 4.2 Proses Korosi Logam dengan penambahan

inhibitor

Berdasarkan Asumsi 4.2 dan skema Gambar 4.2 maka diperoleh model

sebagai berikut:

(4.2)

dimana

Keterangan:

L = logam yang akan terkorosi

N = ion-ion logam yang merupakan logam dalam keadaan peralihan

K = hasil reaksi (produk terkorosi)

I = Inhibitor Korosi

= laju perubahan logam menjadi ion-ion logam

= laju perubahan ion-ion logam kembali menjadi logam

= laju perubahan ion-ion logam menjadi produk terkorosi

= laju reaksi antara inhibitor dengan logam dan lingkungan

I

L N K

Page 35: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

22

= laju reaksi antara inhibitor dengan logam dan lingkungan

= laju reaksi maksimum

= kontanta Michaelis Menten

s = konsentrasi penambahan inhibitor

Selanjutnya akan ditentukkan titik kesetimbagan untuk sistem pada model 1

dan model 2 kemudian akan di tentukkan matriks Jacobian, nilai eigen dan sifat

kestabilannya.

4.2 Titik kesetimbangan

Analisis titik kesetimbangan pada sistem persamaan differensial di gunakan

untuk menetukkan suatu selesaian yang tidak berubah terhadap waktu .

4.2.1 Model 1 (tanpa Inhibitor)

Sistem (4.1) titik kesetimbangannya dinyatakan kedalam bentuk ( ).

Titik kesetimbangan (4.1) akan diperoleh dengan menyelesaikan:

(4.3)

Sehingga sistem (4.3) akan menjadi:

(4.4)

Diperoleh satu titik kesetimbangan pada sistem (4.4) yaitu

( )

Titik kesetimbangan ini diperoleh dengan software Maple 13, selanjutnya dilihat

pada Lampiran 1.

Page 36: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

23

4.2.2 Model 2 (dengan Inhibitor)

Sistem (4.2) titik kesetimbangannya dinyatakan kedalam bentuk

( ). Titik kesetimbangan (4.2) akan diperoleh dengan menyelesaikan:

(4.5)

Sehingga sistem (4.5) akan menjadi:

(4.6)

Terdapat satu titik kesetimbangan pada sistem (4.6) yaitu

(

( )

*

Titik kesetimbangan ini diperoleh dengan software Maple 13, selanjutnya dilihat

pada Lampiran 2.

4.3 Analisis Kestabilan Sistem di sekitar Titik Kesetimbangan

Pada bagian ini akan di lakukan analisis kestabilan di sekitar kesetimbangan

dari sistem pada Model 1 dan Model 2 dengan terlebih dahulu melakukan

pelinearisasian.

4.3.1 Model 1 (tanpa Inhibitor)

Persamaan yang akan dilinearisasikan adalah sebagai berikut :

( )

( )

Page 37: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

24

( )

Ketiga persamaan dilinearkan sebagai berikut.

( )

( )

( )

(

)

( )

(

)

(

)

(

)

( )

(

)

(

)

Berdasarkan (2.5) maka di peroleh matriks Jacobian :

[

( )

( ) ]

(4.7)

Page 38: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

25

Karena kesetimbangan ( ) di subtitusikan pada

(4.7), maka di peroleh:

[

]

Untuk mencari nilai eigen matriks Jacobian yang berukuran , maka

matriks Jacobian ditulis

( )

(

|

|

[

]

)

(

|

|

[

]

)

(

[

]

)

Persamaan karakteristiknya adalah

Berdasarkan bantuan sofware maple, sehingga di peroleh nilai eigennya sebagai

berikut:

Page 39: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

26

( √

) (4.8)

(

)

Diperoleh bahwa titik kesetimbangan ini memiliki nilai eigen real dan

negatif atau bagian real tak positif sehingga perilaku seleseian pada titik

kesetimbangan ini adalah stabil.

4.3.2 Model 2 (dengan Inhibitor)

Persamaan yang akan dilinearisasikan adalah sebagai berikut :

( )

( )

( )

( )

Keempat persamaan dilinearkan sebagai berikut.

( )

( )

( )

( )

Page 40: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

27

(

)

( )

(

)

(

)

(

)

( )

(

)

( )

(

)

(

)

(

)

( )

(

)

(

)

(

)

(

)

( )

Berdasarkan (2.5) maka di peroleh matriks Jacobian :

Page 41: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

28

[

( )

( )

( )

( )

( ) ]

(4.9)

Jika titik kesetimbangan (

) di

subtitusikan pada (4.9) , maka di peroleh:

[

( )(

)

( )(

)

( )(

)

( )(

)

( )(

)

]

Untuk mencari nilai eigen matriks Jacobian yang berukuran ,

makamatriks Jacobian ditulis

( )

(

|

|

[

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

]

)

(

|

|

[

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

]

)

Page 42: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

29

(

[

(

( ) (

) )

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

]

)

Persamaan karakteristiknya adalah

(

( )

[

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

]

( )

[ (

( ) (

) )

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

( ) (

)

]

)

Berdasarkan bantuan sofware maple, sehingga di peroleh nilai eigennya sebagai

berikut:

(

)

(

)

(

) (4.10)

Page 43: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

30

Diperoleh bahwa titik kesetimbangan ini memiliki nilai eigen real dan

negatif atau bagian real tak positif sehingga perilaku seleseian pada titik

kesetimbangan ini adalah stabil.

4.4 Simulasi Numerik

Untuk melihat bagaimana bagaimana perilaku sistem pada waktu tertentu,

maka dilakukan simulasi numerik berdasarkan nilai parameter-parameter tertentu,

sehingga dapat menggambarkan perilaku sistem sebagai proses peniruan untuk

mempresentasikan suatu kondisi nyata. Beberapa parameter yang divariasikan

yaitu laju perubahan logam menjadi ion-ion logam, laju perubahan ion-ion

logam kembali menjadi logam, konstanta Michaelis Menten, laju reaksi

maksimum serta yang merupakan penambahan inhibitor secara konstan.

Simulasi pada keadaan logam sebelum penambahan inhibtor dengan

menggunakan syarat awal untuk logam ( ) , ion logam ( )

, logam terkorosi ( ) dan parameter-parameter yang

digunakan yaitu pada Tabel 4.1 berikut.

Page 44: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

31

Tabel 4.1 Nilai parameter-parameter dalam model proses korosi sebelum

penambahan inhibitor

Parameter Nilai Arti

0,5 laju perubahan logam menjadi ion-ion logam

0,5 laju perubahan ion-ion logam kembali menjadi logam

1 laju reaksi maksimum

( ) 1,3 konstanta Michaelis Menten

0,1 Penambahan inhibitor secara konstan

0,15 Laju perubahan ion-ion logam menjadi prroduk terkorosi

Untuk menganalisis kestabilan titik kesetimbangan dapat dilakukan dengan

cara menstubtitusi nilai parameter-parameter pada persamaan (4.8) sehingga di

dapatkan nilai eigen dan sifat kestabilannya, seperti yang ditunjukkan pada tabel

4.2 berikut.

Tabel 4.2 Sifat Kestabilan titik kesetimbangan proses korosi logam sebelum

penambahan inhibitor

Titik

Kesetimbagan

Nilai eigen Sifat Kestabilan

( )

( )

Stabil

Page 45: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

32

Berdasarakan nilai awal dan nilai dari parameter-parameter dari model

matematika mekanisme korosi logam sebelum penambahan inhibitor maka

diperoleh laju perubahan prose korosi sebelum penambahan inhibitor pada

Gambar 4.3 berikut

Gambar 4.3 Laju perubahan proses korosi logam sebelum penambahan

inhibitor

Pada Gambar 4.3 didefinsikan bahwa nilai dari logam awal ,

. Setelah dilakukan iterasi nilai logam awal akan

menurun karena terkorosi sebaliknya produk terkorosi akan meningkat nilainya,

sama halnya dengan logam peralihan yang akan mengalami penurunan kerena

telah terkorosi.

Simulasi pada keadaan logam setelah penambahan inhibtor dengan

menggunakan syarat awal untuk logam ( ) , ion logam ( )

, logam terkorosi ( ) , inhibitor korosi ( ) dan

parameter-parameter yang digunakan yaitu pada Tabel 4.3 berikut.

Page 46: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

33

Tabel 4.3 Nilai parameter-parameter dalam model proses korosi sebelum

penambahan inhibitor

Parameter Nilai Arti

0,5 laju perubahan logam menjadi ion-ion logam

0,5 laju perubahan ion-ion logam kembali menjadi logam

0,15 laju reaksi maksimum

( ) 1,3 konstanta Michaelis Menten

0,1 Penambahan inhibitor secara konstan

0,15 Laju perubahan ion-ion logam menjadi produk terkorosi

Untuk menganalisis kestabilan titik kesetimbangan dapat dilakukan dengan

cara menstubtitusi nilai parameter-parameter pada persamaan (4.9) sehingga di

dapatkan nilai eigen dan sifat kestabilannya, seperti yang ditunjukkan pada Tabel

4.4 berikut.

Tabel 4.4 Sifat Kestabilan titik kesetimbangan proses korosi logam sebelum

penambahan inhibitor

Titik

Kesetimbagan

Nilai eigen Sifat Kestabilan

( )

( )

Stabil

Page 47: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

34

Berdasarakan nilai awal dan nilai dari parameter-parameter dari model

matematika mekanisme korosi logam setelah penambahan inhibitor maka

diperoleh laju perubahan proses korosi sebelum penambahan inhibitor pada

Gambar 4.4 berikut

Gambar 4.4 Laju perubahan proses korosi logam dengan penambahan

inhibitor

Pada Gambar 4.4 didefinsikan bahwa nilai dari logam awal ,

, . Setelah dilakukan iterasi nilai logam awal akan menurun, tapi

karena adanya penambahan inhibitor yang menekan proses kososi sehingga

produk terkorosi akan mengalami perlambatan, sama halnya dengan logam

peralihan yang akan mengalami perlambatan penurunan kerena telah terkorosi

namun laju perubahannya ditekan oleh penambahan inhibitor.

Page 48: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan uraian pembahasan di atas, maka dapat ditarik kesimpulan

sebagai berikut:

1. Diperoleh dua model matematika proses korosi logam

Model 1 : Model mekanisme korosi logam tanpa inhibitor

Model 1 : ( )

Model 2 : Model mekanisme korosi logam dengan penambahan inhibitor

Model 2 : (

( )

)

2. Tidak terdapat perbandingan sifat kestabilan antara kedua model, karena

kedua model memliki sifat kestabilan yang sama yaitu stabil dimana terdapat

nilai eigen real dan negatif atau mempunyai bagian real tak positif.

Page 49: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

36

5.2 Saran

Pada peneltian ini membahas tentang model matematika mekanisme korosi

logam tanpa inhibitor dan penambahan inhibitor. Disarankan untuk untuk

penelitian selanjutnya membahas model matematika mekanisme korosi logam

dengan menambahkan laju intrinsik.

Page 50: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

DAFTAR PUSTAKA

Anton, H. 1987. Aljabar Linear Elementer. Jakarta: Erlangga.

Bellomo N. dan Presziosi L. 1995. Modeling Mathematical Method and Scientisic

Compution. CRS Press, Florida

Bentiss, F., Traisnel, M., Vezin, H.H.F. Hildedbrand dan M. Lagrenee. 2004. 2,5-Bis(4-

dimethylaminophenyl)-1,3,4-oxadiazole and 2,5-bis(4- dimethylaminophenyl)-

1,3,4-thadiazole as corrosion inhibitors for mild steel in acidic media. Corrosion

Sci., 46, 2781-2792

Cahyono, Edi. 2013. Pemodelan Matematika. Yogyakarta: Graha Ilmu.

Cruz, J., Pandian, T., dan Garci‟a-Ochoa, E. 2005. New inhibitor for mild carbon stell:

Electromical and DFT studies. Electroanal Chem., 583, 8-16

Hong, T. dan Jepson, W.P. 2001. Corrosion inhibitor studies in large flow loop at high

temperature and high pressure. Corossion Sci., 43, 1839-1849

Lopez, D.A., Scheiner, W. H., De Sanchez, S. R., dan Simison, S. N. 2004. The Influence

of inhibitors molecular structure and steel microstructure on corrosion layers on

CO2 corrosion: An XPS and SEM characterization. Appl. Surf. Sci., 236, 77-97

Nafyeh, A. H dan Balachandra, B. 1995. Applied Nonlinear Dynamic:

Analitical,Computational and Experimental Method. New York.

Panvilov, A. 2004. Qualitative Analysis of Differential Equations. Utrech University,

Utrecht

Suriadi, K. A. G. I dan Suarsana, I. K. 2007. Prediksi laju korosi dengan perubahan besar

derajat deformasi plastis dan media pengkorosi pada material baja karbon.

Jurnal Ilmiah Teknik Mesin., 1(1), 1-8

Tarumingkeng R. C. 1994. Dinamika Pupulasi Kajian Ekologi Kuantitatif. Pustaka Sinar

Harapan dan Universitas Kristen Krida Wacana: Jakarta

Wahyuningrum, D., Nuraini N., Sumarti N. 2012. Model Matematika Pada Mekanisme

Laju Korosi Logam Baja Karbon dengan Penambahan Inhibitor. Jurnal

Matematika dan Sains., 17(1), 10-18

Page 51: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,
Page 52: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

39

Lampiran 1. Titik Kesetimbangan dan Nilai Eigen Model Matematika

mekanisme Korosi Logam sebelum penambahan Inhibitor

> >

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

> >

Page 53: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

40

>

>

>

Page 54: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

41

Lampiran 2. Titik Kesetimbangan dan Nilai Eigen Model Matematika

mekanisme Korosi Logam setelah penambahan Inhibitor

> >

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

>

Page 55: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

42

>

>

>

>

>

>

>

> >

>

>

Page 56: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

43

Page 57: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

44

Lampiran 3. Perintah menggunakan software Matlab membuat grafik laju

perubahan proses korosi logam sebelum penambahan inhibitor

function korosilogam clear all; clc; global a b c p r s a=0.5; b=0.5; c=0.15; p=1; r=(b+c)/a; s=0.1; t0=0; tf=11; x=[1 0.3 0 0]; [t,L]=ode45('inhibitor',[t0,tf],x); title('Perubahan Korosi Logam'); xlabel('Time(Tahun)'); ylabel('Produk Terkorosi (fraksi mol)'); hold on plot(t,L(:,1),'b',t,L(:,2),'r',t,L(:,3),'g',t,L(:,4),'y'); legend('Logam Awal','Logam Peralihan', 'Logam

Terkorosi','Inhibitor');

Page 58: PEMODELAN MATEMATIKA MEKANISME KOROSI LOGAM S K …repository.unugha.ac.id/120/1/F1A112062_sitedi...korosi eksternal yang terjadi pada bagian permukaan dari sistem pemipaan dan peralatan,

45

Lampiran 4. Perintah menggunakan software Matlab membuat grafik laju

perubahan proses korosi logam setelah penambahan inhibitor function korosilogam clear all; clc; global a b c p r s a=0.5; b=0.5; c=0.15; p=1; r=(b+c)/a; s=0.1; t0=0; tf=11; x=[1 0.3 0 0.8]; [t,L]=ode45('inhibitor',[t0,tf],x); title('Perubahan Korosi Logam'); xlabel('Time(Tahun)'); ylabel('Produk Terkorosi (fraksi mol)'); hold on plot(t,L(:,1),'b',t,L(:,2),'r',t,L(:,3),'g',t,L(:,4),'y'); legend('Logam Awal','Logam Peralihan', 'Logam

Terkorosi','Inhibitor');