pengaruh lingkungan terhadap efisiensi inhibisi asam

JURNAL TEKNIK MESIN Vol. 1, No. 2, Oktober 1999 : 100 - 107

Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Kristen Petrahttp://puslit.petra.ac.id/journals/mechanical/

100

Pengaruh Lingkungan Terhadap Efisiensi Inhibisi Asam Askorbat(Vitamin C) pada Laju Korosi Tembaga

Soejono Tjitro, Juliana AnggonoDosen Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin – Universitas Kristen Petra

Heri HariyonoAlumnus Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Mesin – Universitas Kristen Petra

Abstrak

Pemberian inhibitor dapat mengurangi laju korosi dan kemampuannya untuk menginhibisidiukur dari efisiensinya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi inhibisi berbeda-bedapada lingkungan yang berbeda. Penambahan inhibitor yang paling efisien untuk lingkunganNaCl dan CaCO3 dalah 50 ppm asam askorbat sedangkan untuk lingkungan CaSO4 adalah 100ppm asam askorbat.

Kata kunci : laju korosi, efisiensi inhibisi, asam askorbat.

Abstract

Corrosion rate can be reduced by adding inhibitor and inhibition efficiency is a measure if itsability to suppress corrosion. The result of the immersion tests show that the inhibition efficienciesare different on each environment. Addition of 50 ppm of ascorbic acid results in the highestefficiency for NaC1 and CaCO3 environment while for Ca SO4 environment needs 100 ppm.

Keywords : corrosion rate, inhibition efficiency, ascorbic acid.

1. Pendahuluan

Pada sistem pendingin, air merupakanmedia yang banyak digunakan karenakemampuan memindahkan panas yang tinggi.Disamping itu air cukup murah dan mudahdiperoleh. Air dalam sistem pendinginmerupakan suatu lingkungan korosif bagimaterial pipa, karena itu perlu mengetahuisampai sejauh mana pengaruh kandunganunsur-unsur dalam air terhadap ketahanankorosi material, dalam hal ini adalah tembaga.

Unsur-unsur yang terkandung dalam air,seperti oksigen terlarut, sodium klorida (NaCl),kalsium sulfat (CaS04), dan kalsium karbonat(CaCO3) akan ikut mempengaruhi proses korosipada material. Masing-masing unsur inimemiliki karakteristik pengaruh yang tidaksama pada laju korosi material logam. Hasilpenelitian sebelumnya(6) menyebutkan bahwaunsur-unsur yang sangat berpengaruh terhadappeningkatan laju korosi tembaga (Cu = 91,35%)adalah NaCl dan CaSO4. Karena hadirnya kedua ion C1- dan SO42- yang termasuk jenis ionagresif, memiliki kemampuan untuk menembuslapisan pelindung pada permukaan logam. Catatan : Diskusi untuk makalah ini diterima sebelum tanggal 1Januari 2000. Diskusi yang layak muat akan diterbitkan padaJurnal Teknik Mesin Volume 2 Nomor 1 April 2000.

Untuk mengurangi laju korosi tembagadapat ditambahkan inhibitor ke dalam ling-kungan air. Inhibitor yang dipilih untuk ditelitiadalah asam askorbat (vitamin C). Asamaskorbat (AA) dipilih sebagai inhibitor karenamerupakan senyawa organik yang ramahlingkungan dibandingkan inhibitor anorganikdengan kandungan logam berat Cr, dan unsurP. Inhibitor ini akan menghasilkan sebuahlapisan pelindung tipis di permukaan logamyang menghalangi reaksi langsung antaralogam dengan lingkungan air(8).

Penelitian ini dilakukan untuk mengetahuiefisiensi inhibisi AA dengan memvariasikonsentrasi AA yang ditambahkan ke dalammedia air dengan konsentrasi unsur-unsursodium klorida (NaCl), kalsium sulfat (CaSO4),dan kalsium karbonat (CaCO3) yang jugabervariasi, serta pada 3 variasi temperatur.

2. Metodologi Penelitian

2.1 Persiapan Spesimen Uji

Bahan spesimen uji yang digunakan adalahpaduan tembaga, dengan kandungan (% berat)Al = 4,61%, Zn = 2,86%, Fe = 2,60%, dan Cu =balance. Bahan uji tersebut dipotong dalam

Pengaruh Lingkungan Terhadap Efisiensi Inhibisi Asam Askorbat (Vitamin C) pada Laju Korosi Tembaga (Soejono Tjitro)


101

bentuk kupon dengan dimensi panjang 50 mmdan lebar 25 mm. Spesimen yang telah dipotongdilakukan penggosokan dengan kertas amplas,pembersihan, pemberian kode danpenimbangan spesimen awal dengan mengguna-kan timbangan analitik merk Metter Toledo(ketelitian 0,1 mg).

2.2 Persiapan Lingkungan Uji

Lingkungan yang digunakan adalah ling-kungan air (aquades) dengan variasi konsen-trasi unsur-unsur sebagai berikut :− Sodium klorida (NaCl) : 200 mg/l, 300

mg/l, dan 400 mg/l.− Kalsium silfat (CaSO4) : 200 mg/l, 300

mg/l dan 400 mg/l.− Kalsium karbonat (CaCO3) : 75 mg/l, 150

mg/l, dan 200 mg/l.

Dan masing-masing lingkungan tersebutdilakukan variasi penambahan inhibitor AAdengan konsentrasi 50 ppm, 100 ppm, dan 200ppm serta variasi temperatur lingkungan, yaitutemperatur 30oC (suhu kamar), 60oC, dan 80oC.

2.3 Pengujian Kehilangan Berat

Kupon tembaga dicelupkan pada lingkunganyang telah dipersiapkan sebelumnya. Volumelingkungan yang digunakan mengikuti rasiominimum volume larutan terhadap luaspermukaan spesimen adalah 20 ml/cm2, sesuaidengan ASTM G31072 (Reapproved 1990)“Standard Practice for Laboratory ImmersionCorrosion Testing of Metals”.

Pencelupan spesimen dilakukan selama 10hari dan mencatat perubahan pH lingkungandengan menggunakan pH- meter (ketelitiansatu desimal).

Setelah 10 hari masa pencelupan, meng-angkat spesimen dari lingkungan dan me-lakukan pembersihan produk korosi denganmenggunakan larutan asam sulfat yangdilarutkan dalam 1 liter air selama 1-3 menitpada temperatur 20-25oC. Kemudian dibersih-kan dengan alkohol dan dikeringkan denganhair dryer sesuai dengan standar ASTM G1-90“Standard Practice for Preparing, Cleaning andEvaluating Corrosion Test Specimens”. Penim-bangan berat akhir spesimen dilakukan setelahpembersihan.

Dengan demikian laju korosi dapat ditentu-kan dengan rumus

DxTxAWx10x45.3

mpy6

= (1)

dimana :mpy = laju korosi, (mils/year)

W = berat yang hilang, (gr)A = luas, (cm2)T = waktu, (jam)D = density, (gr/cm3)

2.4 Perhitungan Efisiensi Inhibitor

Efisiensi inhibitor menunjukkan persentasepenurunan laju korosi dengan adanya inhibitordibandingkan dengan laju korosi bila tanpainhibitor. Perhitungan efisiensi inhibisi AAmenggunakan persamaan :

Efisiensi Inhibitor = %100xXa

XbXa − (2)

dimana :Xa = laju korosi tanpa AA, (mpy)Xb = laju korosi dengan AA, (mpy)

2.5 Pengamatan Bentuk Korosi

Pengamatan bentuk korosi yang terjadiuntuk setiap lingkungan dengan bantuanmikroskop optik dengan perbesaran 100 x.

2.6 Pengujian Lingkungan

− Pengujian komposisi kimia dilakukanterhadap aquades awal dan lingkungan airsebelum dan setelah pencelupan

− Pengujian jumlah AA di dalam lingkunganair sebelum dan setelah pencelupan denganultraviolet spectroscopy (uv).

3. Teori Dasar

3.1 Air

Di dalam air terdapat beberapa unsurseperti oksigen terlarut, sodium klorida,kalsium sulfat, kalsium karbonat, dan unsurkimia lainnya. Sebagian unsur-unsur yangterdapat di dalam air merupakan ion-ionagresif, sehingga kemungkinan besar akanterjadi suatu reaksi. Jika reaksi ini terjadi padalogam, maka reaksi dinamakan korosi. Unsur-unsur di dalam air yang mempengaruhi lajukorosi pada logam adalah:− Oksigen terlarut

Dengan adanya oksigen terlarut dalam airakan meningkatkan laju korosi pada logam,karena oksigen digunakan dalam prosesreaksi katodik.

− Sodium klorida (NaCl).Senyawa ini secara lengkap berdisosiasimenjadi ion-ion Na+ dan Cl-. Dengan adanyaion Cl- yang merupakan ion agresif di dalam



102

air, maka air menjadi lingkungan yangkorosif bagi logam.NaCl → Na+ + Cl- (3)

− Kalsium karbonat (CaCO3)Dengan adanya unsur kalsium dalam airmaka akan terjadi suatu endapan berupakerak CaCO3, sehingga logam akanterlindungi dengan adanya kerak. Dampaknegatif kehadiran kerak ini adalah dapatmenghambat perpindahan panas ke mediapendingin.Pengaruh CaCO3 dapat diamati dari terjadiatau tidaknya proses scaling (pembentukankerak). Pembentukan kerak ini dipengaruhioleh faktor pH, temperatur, konsentrasi ionCa2+, alkalinitas, dan adanya material-material terlarut. Untuk memperkirakanapakah terjadi pengendapan lapisan CaCO3

pada dinding/permukaan material pipadigunakan LSI (Langelier Saturation Index),yang didefinisikan dengan persamaanberikut(9):LSI = pH – pHs (4)Indeks ini didasarkan pada pengaruh pHterhadap kelarutan CaCO3. Nilai pH dimanaair jenuh dengan CaCO3 dikenal dengan pHkejenuhan atau pHs. Nilai LSI daripersamaan (4) di atas dapat dikategorikansebagai berikut :LSI > 0 air mengalami lewat jenuh dan

cenderung untuk mengendapkanlapisan kerak CaCO3.

LSI > 0 air jenuh (setimbang) denganCaCO3, lapisan CaCO3 tidakterendapkan maupun larut.

LSI < 0 air kurang jenuh, cenderung untukmelarutkan CaCO3.

Nilai pHs dapat dihitung dengan persamaanberikut :PHs = A + B – log [Ca2+] – log [alkalinitas total] (5)dimanaA = konstanta yang berhubungan dengan

temperatur (Tabel 1)B = konstanta yang berhubungan dengan

total padatan terlarut (Tabel 2)Log [Ca2+] dan log [alkalinitas total] diperolehdari Tabel 3.

Tabel 1. Konstanta A sebagai Gungsi Tempera-tur Air (7)

Temperatur Air (oC) A0 2.604 2.508 2.40

12 2.3016 2.20

20 2.1025 2.0030 1.9040 1.7050 1.5560 1.4070 1.2580 1.15

Tanel 2. Konstanta B sebagai Fungsi TotalPadatan Terlarut(7)

Padatan Terlarut (ppm) B0 9.70

100 9.77200 9.83400 9,86800 9.89

1000 9.90

Tabel 3. Logaritma Konsentrasi Ca2+ dan Alka-linitas(9)

Ca2+ atau Alkalinitas (ppm CaCO3) Log10 1.0020 1.3030 1.4840 1.6050 1.7060 1.7470 1.8480 1.90

100 2.00200 2.30300 2.48400 2.60500 2.70600 2.78700 2.84800 2.90900 2.95

1000 3.00

Selain unsur-unsur di dalam air, lingkunganair juga akan mempengaruhi laju korosi padalogam, yaitu konsentrasi larutan, temperaturdan pH lingkungan.

3.2 Inhibitor AA

Pencegahan korosi perlu dilakukan agartidak menimbulkan suatu kerugian-kerugianyang tidak diinginkan. Untuk mencegah lajukorosi pada logam di lingkungan air dapatdilakukan dengan menambahkan suatu bahankimia khusus yang disebut dengan inhibitor.Inhibitor ini akan menghasilkan suatu lapisanpelindung tipis yang melekat pada permukaanlogam, sehingga tidak terjadi kontak langsungdengan lingkungan korosif.

AA (vitamin C) adalah inhibitor organik.Struktur AA seperti ditunjukkan oleh Gambar1.



103

Gambar 1. Struktur Atom AA(8)

Inhibitor organik ini merupakan suatuinhibitor yang ramah terhadap lingkungan.Kristal AA ini sangat stabil di udara, tetapi didalam larutan AA akan cepat teroksidasi olehudara dan dengan perlahan-lahanberdekomposisi menjadi dehydro-ascorbic acid(DAA). Selanjutnya akan berdekomposisimenjadi beberapa molekul di dalam larutandengan pH di atas 4(8) seperti ditunjukkan olehGambar 2.

Gambar 2. Dekomposisi AA(8)

AA ini stabil pada temperatur 10oC, tetapipada temperatur di atas 20oC AA akan cepatberdekomposisi. Sebagai tambahan, saat larutterdapat ion-ion logam, seperti ion besi (Fe2+),ion tembaga (Cu2+)(5) yang akan mengikatgugus-gugus yang bersifat negatif AA dankemudian membentuk suatu senyawa kompleksyang dinamakan senyawa kelat, ditunjukkanpada Gambar 3.

Gambar 3. Struktur Kimia Senyawa Kelat(6)

Mekanisme inhibisi AA, yaitu teradsorpsipada permukaan logam. Permukaan logam yangbereaksi dengan inhibitor AA ini akan

terlindungi oleh lapisan pelindung tipis padapermukaannya. Hal ini seperti ditunjukkan olehGambar 4.

Gambar 4. Terbentuknya Lapisan Pelindung pada PermukaanLogam(8)

4.1 Analisa Laju Korosi pada LingkunganNaCl

Penambahan konsentrasi NaCl padalingkungan tanpa AA menunjukkanpeningkatan laju korosi (Grafik 10 lampiran).Diamati dari pH lingkungan dan nilaikonduktivitas listriknya (Grafik 1 dan Grafik 4).Walaupun tampak terjadi perubahan pH tetapiperubahan nilai konduktivitas listriknya cukupmempengaruhi besarnya konsentrasi NaCl, ion-ion Cl- akan semakin banyak ion-ion inimemiliki kemampuan untuk memecahkan ataumencegah pembentukan lapisan pasif olehoksigen pada permukaan logam. Lapisan pasifini sendiri merupakan lapisan pelindung logamterhadap lingkungan korosif. Dengan makinbanyak ion-ion ini yang teradsorpsi kepermukaan logam semakin banyak ion-ionlogam yang larut.

Pengamatan pada perubahan temperaturlingkungan memiliki kecenderungan yang samadengan perubahan konsentrasi. Dengan me-ningkatnya temperatur menyebabkan lajukorosi semakin besar pada semua peningkatankonsentrasi NaCl tanpa AA. Hal ini disebabkankarena dengan meningkatnya temperaturmengakibatkan laju oksigen ke permukaanlogam meningkat dan kekuatan oksidasilingkungan akan semakin tinggi. Akan tetapipada kondisi temperatur yang sama,penambahan AA 50 ppm pada lingkungan NaCllaju korosinya mengalami penurunandibandingkan dengan lingkungan NaCl tanpa



104

AA. Sedangkan penambahan AA di atas 50ppm, laju korosinya naik. Hal ini diperkirakanberkaitan dengan kestabilan AA dimana jenisasam ini di atas 20oC akan cepatberdekomposisi menjadi Dehydroascorbic acid(DAA). DAA ini nantinya akan berdekomposisilanjut menjadi beberapa asam. Kehadiran DAAakan semakin banyak sesuai denganbertambahnya konsentrasi AA dan selanjutnyaakan berdekomposisi lanjut menjadi asam-asamlain sehingga tidak terjadi adsorpsi yangmaksimum dan akibatnya pH lingkunganmengalami penurunan. Di samping itu padahasil pengujian ultraviolet (UV test)menunjukkan jumlah AA yang dipakai untukinhibisi pada suhu 60oC dan 80oC lebih kecildibandingkan dengan suhu 30oC. Nilaiabsorbansi AA pada semua lingkungan padatemperatur 30oC lebih tinggi dibandingkandengan kedua temperatur di atas. (Grafik 7).

Efisiensi inhibisi yang paling baik untuksemua konsentrasi NaCl dan semua kondisitemperatur adalah penambahan AA 50 ppm.Karena jumlah AA teradsorpsi pada permukaanlogam sebagai lapisan pelindung lebih besardibandingkan dengan jumlah AA yangberdekomposisi menjadi asam lain.

4.2 Analisa Laju Korosi pada LingkunganCaSO4.

Penambahan konsentrasi CaSO4 padalingkungan tanpa AA menghasilkan laju korosiyang meningkat (Grafik 11). Walaupunperubahan pH tidak begitu besar (Grafik 2)tetapi perubahan konduktivitas listriknyacukup berarti (Grafik 5). Dibandingkan denganlaju korosi NaCl, laju korosi ini masih lebihrendah karena ion-ion Cl – tiga kali lebihagrasif dibandingkan dengan ion-ion SO42−(9).

Untuk semua konsentrasi CaSO4 tanpa AA,laju korosinya semakin besar seiring denganmeningkatnya temperatur. Hal ini disebabkankekuatan oksidasi lingkungan meningkat danmempercepat laju oksigen ke permukaanlogam(4). Seperti halnya lingkungan NACl yangditambah dengan AA semakin tinggitemperatur lingkungannya, pH lingkungansemakin menurun. Ini berhubungan dengankestabilan AA pada temperatur tinggi dimanamemungkinkan terbentuknya asam oksalatyang merupakan asam kuat, hasil dekomposisiAA. Berdasarkan hasil pengujian UV, dimanajumlah AA yang dipakai untuk inhibisi padatemperatur yang lebih tinggi (60oC dan 80oC)lebih rendah dibandingkan pada temperatur30oC (Grafik 8).

Penambahan AA 100 ppm menghasilkanefisiensi yang paling maksimum untuklingkungan CaSO4. Penambahan AA lebih dari100 ppm diperkirakan akan mengalamipembentukan senyawa kelat dengan ion-iontembaga.

4.3 Analisa Laju Korosi pada LingkunganCaCO3

Berdasarkan Grafik 12 kurva laju korositerhadap konsentrasi CaCO3, memperlihatkanlaju korosi yang semakin meningkat denganbertambahnya konsentrasi CaCO3. Hal iniberhubungan dengan agresivitas air yangberkaitan dengan nilai hardness. Air dengankesadahan yang rendah dimana kandungankalsiumnya rendah akan lebih korosifdibandingkan air dengan tingkat kesadaranlebih tinggi.

Untuk semua peningkatan konsentrasiCaCO3 tanpa AA dengan meningkatnyatemperatur, laju korosinya semakin menurun.Hal ini berkebalikan dengan apa yang terjadipada kedua lingkungan terdahulu.

Ini terjadi karena adanya endapan kerakpada permukaan logam yang dipengaruhi olehfaktor pH, temperatur, konsentrasi ion Ca2+,alkalinitas dan adanya padatan terlarut.Terbentuk tidaknya endapan kerak ini dapatdiketahui dan diprediksi dari nilai LSIlingkungan (pada tabel A lampiran). Demikianpula terjadi pada lingkungan dengan AA bahwalaju korosi semakin menurun denganmeningkatnya temperatur lingkungan.

Penambahan AA 50 ppm menghasilkanefisiensi inhibisi yang paling baik untuktemperatur 30oC, ini diperlihatkan pada Grafik12 bahwa semua konsentrasi laju korosi padatemperatur tersebut paling rendah. Hal iniditunjukkan dengan teradsorpsinya sebagianAA pada permukaan logam sebagai lapisanpelindung dan terbentuknya endapan kerakjuga akan menurunkan laju korosi. Denganpenambahan AA lebih besar dari 50 ppm,disamping lapisan kerak yang terbentuk dandipihak lain terjadi penurunan pH akibatdekomposisi AA menjadi beberapa asam yanglain, terutama pada temperatur 60oC dan 80oC.Hal ini dapat dilihat dari hasil pengujian UVbahwa jumlah AA yang dipakai untuk inhibisipada penambahan 50 ppm lebih banyakdibandingkan dengan penambahan ppmaskorbat yang lain.



105

5. Kesimpulan

Penambahan AA (vitamin C) padalingkungan korosif yang berbeda menunjukkanbahwa efisiensi AA berbeda-beda. Hal inidipengaruhi oleh faktor lingkungan, antara laintemperatur lingkungan, derajat keasaman, dankestabilan AA sendiri berkaitan dengan kondisilingkungan. Penambahan inhibitor yang palingefisien untuk lingkungan NaCl dan CaCO3

adalah 50 ppm AA sedangkan untuklingkungan CaSO4 adalah 100 ppm AA.

Daftar Pustaka

1. ASM Handbook, Corrosion, 3rd ed. NewYork: ASM International, 1992.

2. ASTM Standards, Wear and Erosion; MetalCorrosion, vol 03.02. New York : ASTMInternational, 1990

3. Bofardi, B. P., Control of EnvironmentalVariables in Water Recirculating Systems,ASAM Metal Handbook, vol. 13.

4. Fontana, M. G., Corrosion Engineering,3rded. New York: McGraw-Hill BookCompany, 1987.

5. Harjadi, W. Ilmu Kimia Analik Dasar,Jakarta : PT. Gramedia, 1986.

6. Anggono, J., et al. Makalah Dimensi edisi26 : Studi Pengaruh Oksigen dan VariasiKonsentrasi Kalsium Karbonat, SodiumKlorida, dan kalsium sulfat dalam airterhadap laju korosi tembaga. Surabaya :LPPM UK. Petra. 1996.

7. Roscoe, M. C., Hankbook of Ground WaterDevelopment, New York : John Wiley &Sons, 1990.

8. Sekine, I., Corrosion Inhibition of Steels byOrganic Inhibities, Japan : IndustrialTechnology Development Institute Depart-ment of Scienceand Technology, 1994.

9. Singley, J.E. et al. Corrosion Preventionand Controlin Water Treatment and SupplySystem, New Jersey : Noyes Publications,1985.

10. Suherman, W., Pengetahuan BahanSurabaya: Jurusan Teknik Mesin FakultasTeknologi Industri Institut SepuluhNovember, 1987.

11. Keneth, T. R. and Chamberlain, J., Korosiuntuk Mahasiswa dan Rekayasawan, edisike-2. Jakarta : PT. Gramedia, 1991.

12. Uhlig, H. H. and Winston, R. R., Corrosionand Corrosion Control, 3 rd ed. New York :John Wiley & Sons, 1990.

Lampiran :

Grafik 1. Hubungan pH terhadap Konsentrasi AA untukLingkungan NACl

Grafik 2. Hubungan pH terhadap Konsentrasi AA untukLingkungan CaSO4

Grafik 3. Hubungan pH terhadap Konsentrasi AA untukLingkungan CaCO3



106

Grafik 4. Hubungan Konduktivitas Listrik terhadap KonsentrasiAA untuk Lingkungan NaCl.

Grafik 5. Hubungan Konduktivitas Listrik terhadap KonsentrasiAA untuk Lingkungan CaSO4

Grafik 6. Hubungan Konduktivitas Listrik terhadap KonsentrasiAA untuk Lingkungan CaCO3

Grafik 7. Hubungan Absorbansi terhadap Konsentrasi AA untukLingkungan NaCl

Grafik 8. Hubungan Absorbansi terhadap Konsentrasi AA untukLingkungan CaSO4

Grafik 9. Hubungan Absorbansi terhadap Konsentrasi AA untukLingkungan CaCO4

Grafik 10. Hubungan Laju Korosi terhadap Konsentrasi AAuntuk Lingkungan NaCl



107

Grafik 11. Hubungan Laju Korosi terhadap Konsentrasi AAuntuk Lingkungan CaSO4

Grafik 12. Hubungan Laju Korosi terhadap Konsentrasi AAuntuk Lingkungan CaCO3

Tabel A. Nilai LSI pada Lingkungan CaCO3

pengaruh lingkungan terhadap efisiensi inhibisi asam

Documents