BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Boiler atau ketel uap adalah suatu perangkat mesin yang berfungsi untuk

mengubah air menjadi uap. Proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan

memanaskan air yang berada didalam pipa-pipa dengan memanfaatkan panas dari

hasil pembakaran bahan bakar. Pembakaran dilakukan secara kontinyu didalam ruang

bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar.

Gambar. 1. Pipa Boiler

Uap yang dihasilkan boiler adalah uap superheat dengan tekanan dan

temperatur yang tinggi. Jumlah produksi uap tergantung pada luas permukaan

pemindah panas, laju aliran, dan panas pembakaran yang diberikan. Boiler yang

konstruksinya terdiri dari pipa-pipa berisi air disebut dengan water tube boiler. Pipa-

pipa boiler ini umumnya terbuat dari baja dan atau karbon steel ataupun besi, dan

seperti alat lain yang terbuat dari logam besi ataupun baja tak bisa lepas dari

kerusakan, ataupun korosi.

1

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara

suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-

senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan.

Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. Pada peristiwa korosi, logam

mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam

umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah

Fe2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.

2

BAB II

ISI

A. Korosi pada Pipa Boiler

Gambar 2. Korosi pada Pipa Boiler

Boiler merupakan suatu peralatan yang digunakan untuk menghasilkan steam

(uap) dalam berbagai keperluan. Air di dalam boiler dipanaskan oleh panas dari hasil

pembakaran bahan bakar (sumber panas lainnya) sehingga terjadi perpindahan panas

dari sumber panas tersebut ke air yang mengakibatkan air tersebut menjadi panas atau

berubah wujud menjadi uap. Air yang lebih panas memiliki berat jenis yang lebih

rendah dibanding dengan air yang lebih dingin, sehingga terjadi perubahan berat jenis

air di dalam boiler. Air yang memiliki berat jenis yang lebih kecil akan naik, dan

sebaliknya air yang memiliki berat jenis yang lebih tinggi akan turun ke dasar.

Pada umumnya, material boiler adalah terbuat dari carbon steel, dimana

material tersebut rentan terhadap serangan korosi – bila dibandingkan dengan material

lain, seperti : tembaga, stainless steel, maupun titanium.

Dalam pengoperasian high pressure boiler (boiler bertekanan tinggi), maka

selalu dipakai de-mineralized water (air yang sudah tidak mengandung padatan

terlarut/dissolved solids), sehingga problem terjadinya kerak (scale) di dalam boiler

sudah tereliminasi.

3

Di satu sisi, de-mineralized water lebih bersifat korosif dibandingkan dengan

air biasa (dalam hal ini adalah air yang masih mengandung mineral/dissolved solids),

dan operasional boiler bertekanan tinggi akan menghasilkan temperatur sistem yang

tinggi pula. Temperatur sistem yang tinggi juga mempercepat laju korosi di dalam

sistem itu sendiri, atau secara rule of thumb adalah setiap kenaikan temperatur 100C,

maka laju korosi akan meningkat dua kalinya.

Dari reaksi korosi (harus ada 2 reaksi, yaitu di sisi anoda & katoda) terlihat

bahwa oksigen mempunyai peranan yang penting dalam terjadinya korosi di dalam

suatu sistem yang mengandung logam (contoh: carbon steel) & air.

Bila oksigen dieliminasi di dalam reaksi tersebut, maka tidak terjadi reaksi di

sisi katoda atau dengan kata lain, reaksi korosi tersebut bisa digagalkan.

B. Proses Terjadinya Korosi pada Pipa Boiler

Korosi dapat disebabkan oleh oksigen dan karbon dioksida yang terdapat

dalam uap yang terkondensasi. Korosi merupakan peristiwa logam kembali kebentuk

asalnya di alam misalnya besi menjadi oksida besi, alumunium dan lain-lain.

Peristiwa korosi dapat terjadi disebabkan oleh : gas-gas yang bersifat korosif seperti

O2, CO2, H2S, kerak dan deposit, perbedaan logam ( korosi galvanis ), pH yang

terlalu rendah dan lain-lain. Jenis korosi yang dijumpai pada boiler dan sistem uap

adalah general corrosion yakni korosi merata adalah jenis korosi dimana pada korosi

tipe ini laju korosi yang terjadi pada seluruh permukaan logam atau paduan yang

terpapar atau terbuka ke lingkungan berlangsung dengan laju yang hampir sama.

Hampir seluruh permukaan logam menampakkan terjadinya proses korosi,

pitting (terbentuknya lubang ) adalah Adalah korosi yang terjadi karena komposisi

logam yang tidak homogen dan ini menyebabkan korosi yang dalam pada berbagai

tempat. Dapat juga adanya kontak antara logam, maka pada daerah batas akan timbul

korosi berbentuk sumur, dan embrittlement (peretakan baja ) yakni Penggetasan

hidrogen adalah suatu proses hilangnya daktilasi baja dengan terserapnya hidrogen ke

dalam struktur material baja. Kekuatan tarik tidak terpengaruh secara nyata. Daktilasi

ini dapat dikembalikan melaui perlakuan panas. Kerusakan hidrogen menggambarkan

pelemahan baja secara permanen karena berkembangnya retak-retak mikro

4

(microfissures). Retak yang disebabkan oleh kerusakan hidrogen biasanya terjadi di

sepanjang batas butir, karenanya berbeda dengan retak dingin akibat kemasukan

hidrogen yang biasanya bersifat transgranular. Di dalam material baja, atom-atom

hidrogen ini bergabung menjadi molekul (H2) dan menyebabkan terjadinya regangan

lokal yang hebat. Jika baja cukup ductil maka kemungkinan dapat bertahan terhadap

regangan lokal ini. Namun jika baja getas dan keras, maka akan terjadi retak-retak

halus, yang kemudian menjadi besar dan mengakibatkan kegagalan materil.

Adanya gas yang terlarut, oksigen dan karbon dioksida pada air umpan boiler

adalah penyebab utama general corrosion dan pitting corrosion (tipe oksigen elektro

kimia dan diffrensial ). Kelarutan gas-gas ini di dalam air umpan boiler menurun jika

suhu naik. Kebanyakan oksigen akan memisah pada ruang uap, tetapi sejumlah kecil

residu akan tertinggal dalam larutan atau terperangkap pada kantong-kantong atau

dibawah deposit, hal ini dapat menyebabkan korosi pada logam-logam boiler. Karena

itu pentinguntuk melakukan proses deoksigenasi air boiler.

Jumlah rata-rata korosi atau serangan elektrokimia akan naik jika nilai pH air

menurun. Selain itu air umpan boiler akan dikondisikan secara kimia mencapai nilai

pH yang relatif tinggi. Bentuk korosi yang tidak umum tetapi berbahaya adalah

bentuk korosi embrittlement atau keretakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika

berada pada tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic

embrittlement atau keratakan inter kristalin pada baja yang terjadi jika berada pada

tekanan yang tinggi dan lingkungan kimia yang tidak sesuai. Caustic embrittlement

terjadi pada sambungan penyumbat dan meluas pada ujung tabung dimana celah

memungkinkan perkembangan suatu lingkungan caustic yang terkonsentrasi.

Korosi disebabkan oleh kandungan oksigen terlarut pada air umpan. Reaksi

oksidasi menjadi semakin agresif bila mendapat energi panas menciptakan korosi

pada permukaan logam. Kerusakaan akibat korosi dapat terjadi pada drum boiler,

header, dan pipa-2 kondensat.

Teoritisnya, karat pada besi disebabkan proses oksidasi antara besi dengan

oksigen (O2). Meski prosesnya lambat, tapi besi perlu diberi lapisan pelindung agar

tidak teroksidasi. Kini produsen mobil telah menggunakan pelat galvanis yang

5

merupakan pelat besi yang sudah diberi lapisan pelindung sehingga karat lebih sulit

muncul.

Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari

besi itu berlaku sebagai anode, di mana besi mengalami oksidasi.

Fe(s) <--> Fe2+(aq) + 2e

Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain dari besi itu yang

bertindak sebagai katode, di mana oksigen tereduksi.

O2(g) + 4H+(aq) + 4e <--> 2H2O(l)

atau

O2(g) + 2H2O(l) + 4e <--> 4OH-(aq)

Ion besi (II) yang terbentuk pada anode 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 katode, 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 senyawa besi 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).

C. Penyebab Terjadinya Korosi pada Pipa Boiler

Karat pada Boiler disebabkan oleh : Kavitasi, Erosi, Benturan Partikel,

Kelelahan, Endapan Tembaga , Radiant Chamber, dan Karat Lingkungan.

6

1. Karat Kavitasi

Apabila karena tingginya kecepatan cairan menciptakan daerah- daerah

bertekanan yang tidak terlindung tersebut akan terserang karat karena pada

bagian pipa tersebut menjadi anodic. Karena berkarat maka bagian tersebut akan

kehilangan massa dan menjadi takik ( kerak). Takik - takik tersebut akan

bertambah dalam karena permukaan didalam takik tidak sempat membentuk film

pelindung karena kecepatan cairan yang tinggi dan proses kavitasi berlangsung

berulang – ulang . Penyebab terbentuknya gelembung – gelembung uap cairan

adalah turbulensi cairan dipermukaanpipa, atau suhu yang menyebakan tekanan

cairan pada suatu tempat jatuh di bawah tekanan uap cairan, kerena adanya pompa

pengisi dari Boiler.

2. Karat Erosi

Erosi adalah`kerusakan permukaan pipa yang disebabakan oleh aliran fluida

yang sangat cepat , proses ini dipercepat oleh kandungan partikel padat dalam

fluida yang mengalir tersebut (gelembung – gelembung gas). Dengan rusaknya

permukaan pipa maka rusaklah lapisan film pelindung sehingga memudahkan

terjadi karat. Penyebabnya adalah, karena ada tekanan pompa centrifugal yang

memopakan fluida (air) dengan serbuk katalisnya.

3. Serangan Benturan Partikel

Jenis serangan ini biasanya terjadi pada kran, elbow, tee, alat penukar kalor

disamping pada pompa itu sendiri, serangan ini hampir sama dengan karat erosi

pnyebabnya aliran turbulen yang langsung membentur permukaan pemipaan yang

mana gelembung – gelembung udara terperangkap didalam cairan mempercepat

serangan pada pemipaan setempat. Apabila suatu pipa dialiri caian, maka ada

kecepatan aliran yang kritis dimana jika lebih rendah dari kecepatan aliran kritis

tersebut tidak terjadi benturan partikel, namun jika melebihi angka kritis tersebut

maka terjadilah benturan partikel, dan biasa juga benturan partikel terjadi secara

bersamaan.

7

4. Kelelahan

Pipa yang retak oleh adanya regangan yang terjadi bergantian atau berulang –

ulang disebut gagal karena kelelahan. Makin besar regangan yang terjadi pada

setiap cycle makin cepat terjadi kelelahan, banyak terjadi dimana cycle dan

regangan berada diatas garis lengkung yang teratas (batas limit kelelahan).

Frekuensi untuk penerapan regangan biasanya dicantumkan pada faktor yang

mempengaruhi jumlah cycle yang menyebabkan kelelahan, pada lingkungan yang

korosif kelelahan pada tingkat regangan tertentu terjadi hanya pada jumlah cycle

yang lebih sedikit dan kelelahan-nya tidak tampak lagi, dengan kata lain kelelahan

dapat saja terjadi pada nilai regangan berapa saja asalkan cycle-nya cukup besar.

Kombinasi antara kelelahan dengan karat dinamakan karat kelelahan yang

terjadi pada titik – titik yang menerima beban dan dipacu oleh proses oksidasi

yang berupa paduan oksidasi dengan kekelehan dengan suhu proses

elektrokimianya mencapai intensitas maksimum 3000 F, karena suhu diatas itu

akan terjadi pembentukan oksida yang melindungi pengkaratan, dan kelelahan

pada pipa sering terjadi pada pipa yang di tekuk dingin karena rengan yang

memecahkan film oksida pelindung permukaan pipa.

5. Endapan Tembaga

Biasanya pada Boiler alat pemanas air untuk pipanya terbuat dari paduan

cupro - nikel (70 – 30, 80 – 20 atau 90 – 10) . Zat tembaga yang terlarut di dalam

air yang berupa oksida akan sangat berpengaruh terhadap serangan karat pitting

karena zat – zat tadi tereduksi oleh hidrogen mennjadi metallic copper (metal

tembaga) yang terdeposisi pada permukaan pipa, sebagai proses pitting gas

hidrogen dihasilkan di dalam pitting yang sekaligus mereduksi zat tembaga yang

terlarut di air menjadi deposit tembaga yang berpengaruh pada kelanjutan proses

pengkaratan pada pipa Boiler.

6. Radiant Chamber

Radiant Chamber adalah ruangan pemanas untuk pemanasan air dengan

menggunakan api langsung, proses pembakaran berlangsung didalam ruang bakar

dengan menggunakan bahan bakar padat, cair maupun gas. Kegagalan pemanasan

8

biasanya berupa overheating (pemanasan lebih) pada pemipaan sehingga

terbentuknnya lapisn kerak didalam pipa yang lazim disebut Batu Ketel yang

biasanya berupa senyawa kalsium yang terjadi karena pada air pengisi ketel

kurang sempurna ( pH air kurang memenui syarat yaitu 7).

Apabila kerak di dalam pipa tidak mendapatkan pendinginan dari air itu

sendiri karena suhunya berkisar 65000C – 75000C. jika pemanasan terus menerus

terjadi pada suhu ini sementara didalam pipa terdapat air yang bertekanan tinggi

maka bagian yang mengalami pemanasan lebih akan melemah dan mengembung

sehingga pipa tersebut akan pecah.

7. Karat Lingkungan

Karat lingkungan pada air bergantung pada pH, kadar oksigen dan temperatur.

Misalnya pada baja tahan karat pada suhu 300-500o C bisa bertahan dari karat.

Namun pada suhu yang lebih tinggi 600-650o C baja tahan karat akan terserang

korosi dengan cepat. Demikian juga dengan penambahan kadar O2 dalam air

maka akan mempercepat laju karat pada logam. Pengaruh kondisi lingkungan

yang berubah-ubah sangat mempengaruhi laju karatan , seperti pH air menurut

penelitian Whitman dan Russel ternyata pH dari suatu elektrolit sangat

mempengaruhi pada proses terjadinya karat pada besi.

Dalam udara yang murni logam tahan karat akan sangat tahan terhadap

karatan, apabila udara mulai tercemari maka serangan karat dapat mudah terjadi,

dan salah satu polusi udara yang menimbulkan karat adalah NOX dari pabrik

asam nitrat, Cl2 dari pabrik soda, dan NaCl dari air laut. tinggi dan rendah secara

berulang – ulang pada permukaan peralatan dimana peralatan tersebut mengalir,

maka terjadilah gelembung – gelembung uap cairan pada pipa apabila gelembung

itu pecah akan menimbulkan pukulan pada permukaan pipa yang cukup besar

karena memecahkan pelindung film oksida sehingga bagian pipa.

D. Dampak Terjadinya Korosi pada Pipa Boiler

Kondisi cuaca yang tidak menentu yang terkadang panas lalu kemudian

kondisi lain yang dapat menyebabkan karat seperti kadar air yang cenderung

mengandung garam atau pun zat besi.

9

Sebuah karat atau korosi adalah penyakit pada peralatan berbahan material

logam besi baja yang sering terkena air dan panas, karat penyakit ini menyerang pada

bagian kulit logam yang akan memakan permukaan pipa boiler sedikit demi sedikit

hingga akhirnya keropos dan rapuh hingga bocor atau berlupang pada bodi pipanya.

Terjadinya karat sendiri adalah sebuah proses alamiah dan tidak bisa dihindari,

yang mungkin bisa dilakukan adalah dengan mencegah proses terjadinya karat

tersebut.

E. Pengendalian Korosi pada Pipa Boiler

Peristiwa karat 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 karat. Dari reaksi karat melibatkan adanya gas

oksigen dan air. Karena itu, besi yang disimpan dalam udara yang kering akan lebih

awet bila dibandingkan ditempat yang lembab.

Karat pada besi ternyata dipercepat oleh beberapa faktor, seperti tingkat

keasaman, kontak dengan elektrolit, kontak dengan pengotor, kontak dengan logam

lain yang kurang aktif (logam nikel, timah, tembaga), serta keadaan logam besi itu

sendiri (kerapatan atau kasar halusnya permukaan). Sedangkan mekanisme karat pada

logam yang merupakan bahan utama untuk berbagai konstruksi maka pengendalian

karat menjadi sangat penting. Untuk dapat mengendalikan karat tentu harus

memahami bagaimana mekanisme karat pada besi (logam).

Karat tergolong proses elektrokimia , Untuk menghidari akibat serangan

berbagai jenis karat yang sangat merugikan di perlukan langkah – langkah

pencegahan yang cukup mahal biyayanya. Namun jika di banding dengan biaya da

pengorbanan lain jika serangan karat tidak dicegah atau diatasi, maka kerugin akibat

biaya pencegahan menjadi tidak berarti, adapun beberapa prinsip pencegahan karat

yang penggunaannya disesuaikan dengan jenis peralatan, tempat serta lingkungan.

Sebagian dari prinsip pencegahan yang telah dikenal umum cukup lama misalnya

pengecetan, pembalutan dan penggunaan material anti karat, namun ada pula prinsip

10

pencegahan karat yang hanya dikenal oleh kalangan tertentu seperti misalnya

perlindungan katodik , anodik serta netralisasi zat koroden.

Adapun pencegahan instalasi dari kemungkinan terjadinya kavitasi dan erosi,

maka semua prinsip-prinsip yang menimalisasi terjadinya kavitasi, seperti

penyempitan dan pelebaran untuk mencegahnya perubahan fase-fase harus diterapkan

dalam instalasi pemipaan-nya. Terbentuknya gelembung udara yang terjadi secara

singkat didaerah turbulensasi yang kemudian pecah kembali menjadi cairan karena

terjadinya tekanan oleh pompa pengisi, pada saat gelembung menghilang tersebut

terjadilah tenaga kenetis yang sangat besar (water hammer) yang cukup kuat hingga

dapat memecahkan film pelindung permukaan pipa.

Dapat kita bayangkan bahwa terbentuk dan hilangnya gelembung udara begitu

cepat dengan jumlah lebih dari satu juta kali dalam jangka waktu 1 detik, karena

serangan kavitasi terjadi begitu cepat pula. Prinsip pencegahan dengan menempatakan

posisi tekanan head setinggi mungkin yang dapat dicapai untuk menghindari

terbentuknya gelembung-gelembung uap dari cairan yang dipompakan-nya,

disamping pelapisan permukaan peralatan dengan Elastromer Coating seperti karet,

neoprene atau sejenisnya.

Untuk mengurangi pengaruh serangan karat erosi harus diambil

langkahlangkah dengan melapisi permukaan pipa dengan logam yang tahan karat

sekaligus tahan erosi, missal dengan pelapisan timah, seng, aluminium, paduan

tembaga nikel (70 -30) yang mengandung 0,4 – 1 persen besi yang dapat menahan

benturan (regangan) dan padaun antara Ti – 6AL – 4V (Tinanium, Aluminium dan

Vanadium), serta meminimalisasi agar instalasi pemipaan tidak mudah menyebabkan

fluida untuk merubah fase, loses dan gesekan yang tinggi maka instalasinya

berstandar internasional sesuai yang diatur dalam undang-undang Ketel Uap (Boiler).

Secara umum pencegahan karat bisa dilakukan dengan cara:

1. Pengecetan, untuk melindungi besi kontak dengan air dan udara, dimana cat yang

mengandung timbal dan seng akan lebih melindungi logam terhadap karat.

11

2. Dibalut plastik yang dapat juga mencegah logam kontak dengan air dan udara,

cromium plating memberi lapisan pelindung terhadap logam akan menjadi

mengkilap,cromium plating dilakukan dengan proses elektrolisis.

3. Pelapisan dengan timah termasuk logam yang tahan karat, proses pelapisan

dilakukan secara elektrolisis atau electroplating.

4. Pelapisan dengan seng dapat melindungi besi meskipun lapisannya ada yang

rusak. Hal ini karena potensial electrode logam lebih negative dari pada seng,

maka logam yang kontak dengan seng akan membentuk sel elektrokimia dengan

logam sebagai katode, sehingga seng akan mengalami oksidasi, sedangkan logam

akan terlindungi.

12

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Pengkaratan merupakan fenomena kimia pada bahan – bahan logam yang pada

dasarnya merupakan reaksi logam menjadi ion pada permukaan logam yang kontak

langsung dengan lingkungan berair dan oksigen, bahwa hampir tidak ada benda padat

yang tidak dapat berkarat atau kebal terhadap serangan karat, masing-masing material

atau bahan mempunyai kelebihan dan kelemahan terhadap jenis-jenis karat tertentu.

Untuk mencegah terjadinya serangan karat adalah dengan menciptakan suatu

sistem yang menetralisir terjadinya proses terjadinya pengkaratan , karat tidak hanya

akibat proses kimiawi semata karat juga bisa di sebabkan benturan terus –menerus

yang mengakibatkan kelelahan pada bahan (pipa). Dampak korosi pada pipa boiler /

ketel uap ini dapat dikendalikan dengan beberapa cara diantarnya pelapisan dengan

plastik antik karat yang akan melindungi dari kontak dengan partikel penyebab korosi,

pengecatan atau pelapisan dengan bahan timbal dan seng.

B. Saran

Karat merupakan musuh utama bagi industri Perhotelan maupun industri

lainnya, maka dari itu karat tidak bisa di pungkiri untuk dapat dihilangkan 100%,

akan tetapi kecepatan tanggap dari teknisi untuk mengendalikan laju korosi akan

sangat membantu dan mengurangi tinggat korosi pada logam khususnya pada pipa

boiler ini.

13

DAFTAR PUSTAKA

1. Antara, Nengah Ludra.2013.”PENCEGAHAN AKIBAT TERJADINYA KARAT PADA

PIPA BOILER”. JURNAL LOGIC. VOL. 13. NO. 3. NOPEMBER 2013

2. Djokosetyardjo,M.J. 1990. Penjelasan Lebih Lanjut Tentang Ketel Uap. P.T. Pradya

Paramitha. Jakarta. Walker, R. 1982. “The Corrosion and Preservation of Iron

Antiques.“ Journal of Chemical

3. LA DI Bruijn dan L Muilwijk, “Ketel Uap Pradnya Pramitra”, Jakarta 1980.

4. Milton, J.H. 1980. Marine Steam Boiler . Fourth Edition. Butter Worths. London

14