tugas akhir - repository.ppns.ac.idrepository.ppns.ac.id/2313/1/0815040035 - moh khoirul umam...

iv

i

` `

TUGAS AKHIR

PENGARUH MATERIAL PDM DAN ALLOY 31 TERHADAP

KOROSI DAN LIFE TIME IMPELLER POMPA PADA ALIRAN

FLUIDA ASAM PHOSPAT

MOH. KHOIRUL UMAM M.

NRP. 0815040035

DOSEN PEMBIMBING :

Budi Prasojo, S.T.,M.T.

Fipka Bisono, S.ST., M.T.

PROGRAM STUDI D4 TEKNIK PERPIPAAN

JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA

2019

i

TUGAS AKHIR 608457A

PENGARUH MATERIAL PDM DAN ALLOY 31 TERHADAP KOROSI DAN LIFE TIME IMPELLER POMPA PADA ALIRAN FLUIDA ASAM PHOSPAT

Moh. Khoirul Umam M NRP. 0815040035

DOSEN PEMBIMBING: Budi Prasojo, S.T .,M.T Fipka Bisono, S.ST .,M.T

PROGRAM STUDI TEKNIK PERPIPAAN JURUSAN TEKNIK PERMESINAN KAPAL POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA SURABAYA 2019

iii

LEMBAR PENGESAHAN

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

v

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Yang bertanda tangan di bawah ini:

Nama : Moh. Khoirul Umam M

NRP : 0814040035

Jurusan/Prodi : Jurusan Teknik Permesinan Kapal/Program Studi D4

Teknik Perpipaan

Dengan ini menyatakan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir yang saya kerjakan

dengan judul :

“PENGARUH MATERIAL PDM DAN ALLOY 31 TERHADAP KOROSI

DAN LIFE TIME IMPELLER POMPA PADA ALIRAN FLUIDA ASAM

PHOSPAT”

Adalah benar karya saya sendiri dan bukan plagiat dari karya orang lain. Apabila

dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah tersebut, maka saya

bersedia menerima sanksi sesuai ketentuan peraturan yang berlaku.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan penuh tanggung jawab.

Surabaya, 09 Agustus2019

Yang membuat pernyataan,

(Moh. Khoirul Umam M)

NRP. 0815040035

vi


vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat,

ridho, dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini

dengan baik dan lancar. Penulis juga mengucapkan shalawat serta salam semoga

senantiasa terlimpah curahkan kepada Nabi Muhammad SAW, kepada

keluarganya, dan para sahabat yang telah memberikan teladan bagi seluruh umat

manusia. Tugas akhir yang berjudul “Pengaruh Material PDM dan Alloy 31

Terhadap Korosi dan Life Time Impeller Pompa Pada Aliran Fluida Asam

Phospat” ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk menyelesaikan

pendidikan kuliah di Program Studi D-IV Teknik Perpipaan. Penulis menyadari

penyelesaian dan penyusunan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari kerjasama,

bantuan, dan bimbingan dari berbagai pihak, sehingga penulis menyampaikan

terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Eko Julianto, M.Sc, FRINA., selaku Direktur Politeknik Perkapalan

Negeri Surabaya.

2. Bapak George Endri K, S.T., M.Sc.Eng., sebagai Ketua Jurusan Teknik

Permesinan Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.

3. Bapak R. Dimas Endro Witjonarko, S.T., M.T., sebagai Ketua Program Studi

Teknik Perpipaan, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.

4. Bapak Budi Prasojo S.T., M.T., sebagai dosen pembimbing I yang telah

memberikan banyak bimbingan dan pengarahan selama pengerjaan tugas akhir.

5. Bapak Fipka Bisono S. ST, M.T., sebagai dosen pembimbing II yang telah

memberikan banyak bimbingan dan pengarahan selama pengerjaan tugas akhir.

6. Kedua orang tua (Alm. Moh. Aminullah dan Ibu Zainah Sunaryati) yang telah

memberikan banyak kasih sayang, nasehat hidup, doa, dukungan moril serta

materil, dan segalanya bagi penulis.

7. Kepada saudara dan saudari kandung Moh. Adriyansyah, Dwi Atika Meirina,

Yeyen Tri Ari Rukmana yang telah memberikan banyak kasih sayang , doa ,

dukungan moril, dan segalanya bagi penulis.

viii

8. Kepada saudara Mas Wahyu, Mas Ikhsan , dan rekan-rekan lainnya yang telah

banyak membantu dan memotivasi penulis.

9. Pembimbing PLTU Paiton POMI : Pak Bambang, Pak Rachmad dan

karyawan-karyawan lainnya yang namanya tidak bisa disebutkan satu persatu.

10. Staf pengajar Program Studi Teknik Perpipaan yang telah memberikan banyak

ilmu kepada penulis selama masa perkuliahan.

11. Teman-teman Teknik Perpipaan angkatan 2015 yang telah memberikan

motivasi kepada penulis.

12. Teman-teman On The Job Training Divisi Engineering Bagas Harits Wibowo

dan Rival Ekananda yang telah memberikan semangat dan doa kepada penulis.

13. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu-satu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan.

Harapan penulis dapat mendapatkan kritik atau saran yang membangun agar

penelitian yang telah dilakukan menjadi lebih baik lagi. Semoga Tugas Akhir ini

bermanfaat bagi pembaca.

Surabaya,09 Agustus 2019

Moh. Khoirul Umam M

ix

PENGARUH MATERIAL PDM DAN ALLOY 31 TERHADAP

KOROSI DAN LIFE TIME IMPELLER POMPA PADA ALIRAN

FLUIDA ASAM PHOSPAT

Moh. Khoirul Umam M

ABSTRAK

Permasalahan yang terjadi pada pabrik petrochemical adalah sering

terjadinya korosi pada material yang disebabkan oleh fluida berjenis asam phospat

yang memiliki keasaman yang cukup tinggi. Untuk mengatasi masalah tersebut

maka dilakukan pergantian material yang lebih tahan lama terhadap korosi. Pada

tugas akhir ini akan membahas tentang pengujian material PDM serta Alloy 31

dengan sampel sebanyak 4 spesimen. Pada tugas akhir ini terdapat pengujian

Potentiostat Test untuk mengetahui laju korosi pada kedua material. Proses

pengujian elektro kimia mengacu pada pada ASTM G-102. Dari hasil pengujian

tersebut akan didapatkan hasil laju korosi yang akan bisa memperhitungkan nilai

life time pada material. Perhitungan manual dan pemodelan CFD menggunakan

software ANSYS. Bedasarkan hasil pengujian dan analisa yang telah di lakukan

mendapatkan nilai laju korosi PDM lebih besar dibandingkan material Alloy 31.

Nilai laju korosi material PDM sebesar 0,01724975 mm/year, sedangkan material

Alloy 31 sebesar 0,00985855 mm/year. Dari perhitungan kecepatan impeller pompa

sentrifugal secara manual adalah 95,58 m/s, sedangkan menggunakan pemodelan

ANSYS adalah 95,195 m/s. Nilai laju erosi material PDM sebesar 12,549 mm/year,

material Alloy 31 sebesar 11,0729 mm/year. Setelah itu dari hasil perhitungan life

time pada impeller didapatkan material Alloy 31 mampu bertahan hingga 5,068

bulan, sedangkan PDM hanya mampu sampai 2,981 bulan.

Kata kunci: Alloy 31, PDM , Erosion Rate, Corrosion Rate, Pengujian Potentiostat

xi

INFLUENCE OF PDM AND ALLOY 31 MATERIAL ON

CORROSION AND LIFE TIME IN PUMP IMPELLERS IN

PHOSPATIC ACID FLUID FLOWS

Moh. Khoirul Umam M

ABSTRACT

The problem that occurs in petrochemical plants is the frequent occurrence

of corrosion in materials caused by phosphoric acid type fluid which has a high

acidity. To overcome this problem, replacement of material which is more durable

to corrosion is carried out. In this final project will discuss about testing PDM

material and Alloy 31 with a sample of 4 specimens. In this final project, there is

Potentiostat Test to determine the corrosion rate of both materials. Electro

chemical testing process refers to ASTM G-102. From the results of these tests will

get the results of the corrosion rate that will be able to calculate the value of life

time on the material. Manual calculation and CFD modeling using ANSYS

software. Based on the results of tests and analyzes that have been done, the PDM

corrosion rate is greater than that of Alloy 31 material. The corrosion rate of PDM

material is 0.01724975 mm / year, while Alloy 31 is 0.00985855 mm / year. From

the calculation of the centrifugal pump impeller speed manually is 95.58 m / s, while

using ANSYS modeling is 95.195 m / s. PDM material erosion rate is 12,549 mm /

year, Alloy 31 material is 11,0729 mm / year. After that, from the results of life time

calculation on the impeller, it is found that Alloy 31 material can last up to 5,068

months, while PDM is only capable of up to 2,981 months..

Keyword: Alloy 31, PDM , Erosion Rate, Corrosion Rate, Potentiostat Test

xiii

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL ........................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ................................................................... v

KATA PENGANTAR ......................................................................................... vii

ABSTRAK ............................................................................................................ ix

ABSTRACT .......................................................................................................... xi

DAFTAR ISI ....................................................................................................... ixii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. xvii

DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xviix

DAFTAR SIMBOL .......................................................................................... xixii

BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

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

1.2 Perumusan Masalah ....................................................................................... 2

1.3 Tujuan ............................................................................................................ 2

1.4 Manfaat Tugas Akhir ..................................................................................... 3

1.5 Batasan .......................................................................................................... 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 5

2.1 Definisi Erosi ................................................................................................. 5

2.2 Definisi Korosi .............................................................................................. 6

2.3 Aliran Fluida .................................................................................................. 7

2.4 Kecepatan Linier pada Impeller Pompa ......................................................... 7

2.5 Definisi Pompa .............................................................................................. 8

2.6 Pompa Sentrifugal ......................................................................................... 9

2.8 Definisi Impeller .......................................................................................... 15

2.9 Computational Fluid Dynamic (CFD) ....................................................... 18

2.10 Perhitungan Laju Korosi .......................................................................... 20

2.11 Erosion Rate .............................................................................................. 23

2.12 Kerangka Konseptional ............................................................................ 26

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 27

3.1 Diagram Alir ............................................................................................... 27

3.1.1 Persiapan Penelitian ............................................................................. 28

xiv

3.1.2 Identifikasi Masalah ............................................................................ 28

3.1.3 Penetapan Tujuan ................................................................................ 28

3.1.4 Studi Literatur ..................................................................................... 28

3.1.5 Studi Lapangan .................................................................................... 29

3.1.6 Perancangan Penelitian ....................................................................... 29

3.1.7 Tahap pengolahan data ........................................................................ 29

3.1.8 Pengujian Korosi .................................................................................. 29

3.1.9 Menghitung Life Time (LT) ................................................................. 32

3.1.10 Perhitungan teknis ............................................................................... 32

3.1.11 Tahap Analisa ...................................................................................... 33

3.2 Kesimpulan dan Saran ................................................................................. 33

3.3 Tempat Penelitian ......................................................................................... 33

3.3 Waktu Penelitian ........................................................................................... 33

BAB 4 ANALISA DAN PEMBAHASAN .......................................................... 35

4.1 Data Penelitian ............................................................................................ 35

4.1.1 Data Hasil Pengujian Potentiostat ........................................................ 36

4.1.2 Nilai laju korosi dari hasil pengujian potentiostat ................................ 40

4.2 Perhitungan Kecepatan Fluida .................................................................... 41

4.2.1 Perhitungan kecepetan impeller secara manual .................................... 41

4.2.2 Perhitungan kecepatan dengan pemodelan software ANSYS ................ 41

4.3 Perhitungan Erosion Rate .......................................................................... 42

4.3.1 Perhitungan manual erosion rate .......................................................... 42

4.3.2 Pemodelan erosion rate dengan software ANSYS ............................... 47

4.4 Perhitungan Life Time ................................................................................. 49

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 53

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 53

5.2 Saran ........................................................................................................... 53

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 55

LAMPIRAN – LAMPIRAN

BIOGRAFI

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konversi satuan laju korosi................................................................22

Tabel 2.2 Klasifikasi Ketahanan Material berdasarkan Laju Korosi.................23

Tabel 3.1 Jadwal Kegiatan Penelitian................................................................34

Tabel 4.1 Data parameter aliran fluida...............................................................35

Tabel 4.2 Laju korosi material PDM dan Alloy 31.............................................40

Tabel 4.3 Perhitungan erosion rate secara manual pada material PDM dan Alloy

31........................................................................................................................47

Tabel 4.4 Erosion rate dengan perhitungan manual dan pemodelan ANSYS

pada material PDM dan Alloy 31........................................................................51

Tabel 4.5 Perhitungan life time pada ANSYS untuk material PDM dan Alloy

31........................................................................................................................50

Tabel 4.6 Perbandingan Keseluruhan Material.................................................51

xvi

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal. .................................... 9

Gambar 2. 2 Komponen Utama Pompa Sentrifugal .......................................... 10

Gambar 2. 3 Pompa sentrifugal aliran radial ..................................................... 11

Gambar 2. 4 Pompa sentrifugal aliran campur. ................................................. 12

Gambar 2. 5 Pompa aliran aksial ....................................................................... 12

Gambar 2. 6 Impeller ......................................................................................... 12

Gambar 2. 7 Pompa volut .................................................................................. 13

Gambar 2. 8 Pompa aliran difuser ..................................................................... 14

Gambar 2. 9 Pompa Multistage ......................................................................... 14

Gambar 2. 10 Poros Vertikal dan Horisontal .................................................... 15

Gambar 2. 11 Radial Impeller .......................................................................... 16

Gambar 2. 12 Mixed Flow Impeller .................................................................. 17

Gambar 2. 13 Axial Impeller ............................................................................. 17

Gambar 2. 14 Pheriperal Impeller ..................................................................... 17

Gambar 2. 15 Erosion Response Model ............................................................ 23

Gambar 2. 16 Grafik function F(a) for typical „ductile‟ and „brittle‟ material

(DNVGL RP-O501-2015) ................................................................................. 23

Gambar 3. 1 Diagram Alir ................................................................................. 27

Gambar 3. 2 Ukuran Spesimen Uji ................................................................... 30

Gambar 3. 3 Rangkaian Uji Potensiostat ........................................................... 31

Gambar 3. 4 Timbangan .................................................................................... 31

Gambar 3. 5 Gelas baker ................................................................................... 32

Gambar 3. 6 Peralatan uji korosi ....................................................................... 32

Gambar 3. 7 Fluida Phosporic Acid Slurry (PAS) ............................................ 32

xviii

Gambar 4. 1 Hasil pengujian pertama potentiostat PDM fluida Phosporic Acid

Slury (PAS) ........................................................................................................ 38

Gambar 4. 2 Grafik hasil pengujian pertama potentiostat PDM fluida Phosporic

Acid Slury (PAS) ................................................................................................ 38

Gambar 4. 3 Hasil pengujian kedua potentiostat PDM fluida Phosporic Acid

Slury (PS) ........................................................................................................... 39

Gambar 4. 4 Grafik hasil pengujian kedua potentiostat PDM fluida Phosporic

Acid Slury (PAS) ................................................................................................ 39

Gambar 4. 5 Hasil pengujian pertama potentiostat Alloy 31 fluida Phosporic

Acid Slurry (PAS). ............................................................................................. 40

Gambar 4. 6 Grafik hasil pengujian pertama potentiostat Alloy 31 fluida

Phosporic Acid Slury (PAS) .............................................................................. 41

Gambar 4. 7 Hasil pengujian kedua potentiostat Alloy 31 fluida Phosporic Acid

Slurry (PAS) ...................................................................................................... 41

Gambar 4. 8 Grafik hasil pengujian kedua potentiostat Alloy 31 fluida

Phosporic Acid Slury (PAS) .............................................................................. 41

Gambar 4. 9 Grafik Perbandingan erosi material PDM dan Alloy 31 ............... 42

Gambar 4. 10 Pemodelan kecepatan pada impeller ........................................... 43

Gambar 4. 11 Grafik Fungsi F(α) ...................................................................... 46

Gambar 4. 12 Perhitungan life time menggunakan ANSYS pada material Alloy

31 ....................................................................................................................... 52

Gambar 4. 13 Perhitungan life time menggunakan ANSYS pada material PDM

........................................................................................................................... 52

xix

DAFTAR SIMBOL

PD = Design pressure [MPa]

Td = Design temperature [oC]

To = Operational temperature [oC]

Q = Debit [m3/s]

µm = Kekentalan campuran [kg/m.s]

ρt = Densitas material [kg/m3]

ID = Inside diameter [m]

OD = Outside diameter [m]

r = Jari-jari [m]

A = Luasan permukaan [m2]

V = kecepatan aliran [m/s]

xx

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Korosi erosi merupakan salah satu kerusakan yang sering terjadi pada

sistem perpipaan akibat adanya pergerakan relatif fluida korosif dengan

permukaan logam material. Selain itu dapat membuat pipa-pipa dan equiment

pada industri dapat mengalami kerusakan karena adanya pergerakan fluida

yang begitu korosif. Di Perusahan yang bergerak dalam bidang produksi unit

PA (Phosphoric Acid) masalah korosif dan erosif begitu sangat di perhatikan

terutama pada hal produksi unit PA tersebut yang dapat membuat material lebih

cepat rusak.

Seperti yang terjadi pada impeller pompa sentrifugal yang mangaliri

fluida berbentuk slurry dengan material alloy PDM terjadi tingkat korosi dan

erosi yg sangat tinggi menyebabkan bagian impeller khususnya terjadi korosi.

Pada pompa tersebut mengalirkan fluida asam phospat yang berbentuk slurry

dengan density 1.4 ton/jam, dengan suhu +- 70oC yang di pompa

menggunakan pompa sentrifugal (gambar di lampiran B).

Pada impeller pompa dengan material alloy PDM yang terjadi korosi

dan erosi dapat menyebabkan aus pada pompa. Tetapi walapun impeller pompa

tersebut di ganti dengan sparepart pompa yang baru, umur dari pompa tersebut

tidak kurang dari 3 bulan. Maka dari itu dilakukan penanganan menggunakan

metode yang digunakan untuk menghitung korosi yang terjadi pada material

impeller pompa dengan menggunakan standard ASTM G-102. Selanjutnya

mencari nilai life time dari material impeller pompa menggunakan hasil dari

pemodelan. Adapun cara untuk mengetahui laju korosi pada materialnya yaitu

dengan melakukan pengujian elektrokimia terhadap material PDM dan Alloy

31 dengan acuan standard ASTM G-102 “Standard Practice for Calculation

of Corrosion Rates and Related Information from Electrochemical

Measurements”.

2

Penelitian tentang korosi kerusakaan material impeller sudah pernah

dilakukan oleh (Ogi & Rachman, 2016), yaitu menghitung laju korosi pump

impeller di pertambangan batu bara dengan menggunakan metode pengujian

dan miroskop optik dengan obyek sample material impeller stainless steel AISI

304. Penelitian serupa dilakukan pada (Jurnal Internasional IJERSET Analysis

of Centrifugal Pump Impeller Using ANSYS 2018)(Sankar, n.d.) dengan obyek

impeller dianalisa menggunakan software ANSYS, serta (Wahyu, 2018)

dengan obyek pipa, reducer, gate valve, dan elbow. Pada Tugas Akhir ini (TA)

ini akan membahas tentang pengaruh mateial PDM dan Alloy 31 pada impeller

pompa sentrifugal terhadap fluida asam phospat.

1.2 Perumusan Masalah

Dengan memperhatikan pokok permasalahan yang ada terdapat pada

latar belakang maka dalam penelitian ini diambil rumusan masalah sebagai

berikut :

1. Berapa nilai laju korosi material PDM dan Alloy 31 dengan pengujian

potentiostat?

2. Berapa nilai kecepatan atau velocity putaran pada impeller pompa

menggunakan perhitungan manual dan software ANSYS?

3. Berapa erossion rate daengan perhitungan manual dan pemodelan dengan

software ANSYS yang terjadi pada impeller pompa menggunakan material

PDM dan Alloy 31?

4. Berapa nilai life time pada impeller pompa dengan material PDM dan

Alloy 31?

1.3 Tujuan

Penelitian pada tugas akhir ini memiliki beberapa tujuan yang ingin

dicapai yaitu:

1. Mengetahui velocity putaran pada impeller pompa menggunakan

perhitungan manual dan software ANSYS.

3

2. Mengetahui nilai erosion rate dengan pehitungan manual dan pemodelan

dengan software ANSYS yang terjadi pada impeller pompa menggunakan

material PDM dan Alloy 31 .

3. Mengetahui nilai laju korosi pada material PDM dan Alloy 31 dengan

pengujian potentiostat.

4. Mengetahui nilai life time pada impeller dengan material PDM dan Alloy

31.

1.4 Manfaat Tugas Akhir

Manfaat penelitian pada tugas akhir ini adalah :

1. Manfaat Bagi Mahasiswa :

Sebagai ilmu yang bisa dipelajari bagi mahasiswa terutama untuk

mengenal jenis jenis material lain yang terjadi korosi di bagian perusahaan

yang berhubungan dengan bahan kimia acid atau sejenisnya.

2. Manfaat Bagi Perusahaan :

Penelitian yang telah dilakukan bisa dijadikan opsi lain untuk menambah

umur dari material dan mengurangi terhadap korosi erosi serta abrasi yang

terjadi pada perusahaan yang bergerak di bidang produksi unit PA.

1.5 Batasan

Tugas akhir ini hanya membahas dengan batasan model sebagai berikut :

1. Jenis material yang dianalisa dan diuji adalah PDM dan Alloy 31

2. Pengujian yang dipakai adalah Potentiostat Test dengan mengacu pada

ASTM G-102

3. Fluida untuk analisa dan pengujian berupa Phosporic Acid Slurry (PAS)

4. Pemodelan hanya pada impeller pompa dengan menggunakan software

ANSYS

4


5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Definisi Erosi

Erosi merupakan kerusakan pada permukaan logam yang disebabkan

aliran fluida yang sangat cepat, merusak permukaan metal dan lapisan film

pelindung. Erosi dapat pula terjadi pada permukaan yang bergerak cepat

sementara fluida disekitarnya mengandung partikel-partikel padat. Erosi

terbentuk ketika logam terserang akibat gerak relative antara partikel-

partikel padat dan permukaan logam. Erosi ini terutama diakibatkan oleh efek-

efek mekanik seperti pengausan, abrasi dan gesekan. Logam-logam lunak

sangat mudah terkena erosi jenis ini, misalnya, tembaga, kuningan, aluminium

murni dan timbal. Pada stainless steel, paduan nikel dan titanium biasanya

lebih tahan akan erosi, karena mereka ulet dan tahan lama pasif film. Pada

dasarnya erosi dapat dibedakan menjadi tiga jenis yakni:

1. Kondisi aliran laminar

2. Kondisi aliran turbulensi

3. Kondisi Peronggaan

Aliran laminer adalah aliran ideal dan disukai dalam aliran pipa. Aliran

turbulen merupakan aliran bergolak/berputar, hal ini biasanya terjadi pada

blower atau penurunan diameter secara drastis. Aliran turbulen adalah aliran

yang tidak disukai pada pipa, karena dapat menyebabkan erosi yang sangat

cepat pada pipa. Secara umum korosi erosi dipengaruhi oleh :

1. Sifat Logam Paduan Ketahanan

Kerentanan terhadap erosi lebih tergantung lunak pada bahan logam.

Dimana setiap bahan mempunyai ketahanan yang berbeda akan abrasi. Jadi

secara tidak langsung akan mempengaruhi ketahanan erosi. Untuk itu

kekerasan bahan sangat mempengaruhi ketahanan akan erosi.

2. Suhu/Temperatur

Temperatur mempengaruhi laju erosi, temperatur permukaan, heat flux,

dan konsentrasi permukaan yang terkait. Jadi dapat disimpulkan bahwa

6

peningkatan suhu akan menyebabkan serangan meningkat (erosi) pada suatu

bahan (logam dan non logam).

3. Kecepatan

Kecepatan lingkungan memainkan peran penting dalam erosi. Ini efek

penggunaan mekanis pada nilai tertinggi dan terutama ketika partikel padat

dalam bercampur dengan fluida lain seperti gas atau liquid. Ini sering

mempengaruhi mekanisme reaksi erosi. Meningkatnya kecepatan secara

drastis akan menyebabkan turbulensi aliran yang otomatis mempengaruhi

laju erosi yang akan semakin cepat.

2.2 Definisi Korosi

Korosi adalah suatu proses elektrokimia dimana atom-atom akan bereaksi

dengan zat asam dan membentuk ion-ion positif (kation). Hal ini akan

menyebabkan timbulnya aliran-aliran elektron dari suatu tempat ke tempat

yang lain pada permukaan metal. Korosi terjadi melalui jalan reaksi kimia atau

reaksi elektrokimia pada logam atau paduan logam yang berada pada

lingkungan yang korosif. Korosi dapat menjadi sesuatu yang sangat berbahaya

ketika itu tidak diharapkan terjadi sehingga ukuran – ukuran bahaya harus

ditentukan untuk mengatasi masalah ini.(Darto & Sunada, 2017)

Proses terjadinya korosi secara kimiawi terdiri dari reaksi anodik dan

reaksi katodik, jika salah satu reaksi terjadi maka menyebabkan korosi

pada logam. Baja yang tidak homogen akan mengalami korosi pertama

kali pada bagian permukaan dari paduan. Reaksi katodik yang berada

pada kondisi atmosfer atau kondisi yang dipaksakan akan menghasilkan ion

hydroxyl.

Proses korosi dapat terjadi apabila faktor-faktor yang terlibat dalam proses

ada, faktorfaktor itu antara lain: anode, katode, larutan elektrolit, adanya

lingkungan, terhubung arus listrik. Secara garis besar korosi ada dua jenis yaitu:

1. Korosi Internal

Korosi Internal yaitu korosi yang terjadi akibat adanya kandungan CO2

dan H2S pada minyak bumi, sehingga apabila terjadi kontak dengan air

akan membentuk asam yang merupakan penyebab korosi.

7

2. Korosi Eksternal

Korosi Eksternal yaitu korosi yang terjadi pada bagian permukaan dari

sistem perpipaan dan peralatan, baik yang kontak dengan udara bebas

dan permukaan tanah, akibat adanya kandungan zat asam pada udara dari

tanah.

2.3 Aliran Fluida

Pipa merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengalirkan fluida

dari satu tempat ke tempat lainnya. Fluida yang dialirkan bisa berupa

fluida cair maupun gas (Raswari, 1986). Fluida atau zat cair (termasuk

uap air dan gas) dibedakan dari benda padat karena kemampuannya

untuk mengalir. Fluida lebih mudah mengalir karena ikatan molekul dalam

fluida jauh lebih kecil dari ikatan molekul dalam zat padat, akibatnya

fluida mempunyai hambatan yang relatif kecil pada perubahan bentuk karena

gesekan. Zat padat mempertahankan suatu bentuk dan ukuran yang tetap,

sekalipun suatu gaya yang besar diberikan pada zat padat tersebut, zat

padat tidak mudah berubah bentuk maupun volumenya, sedangkan zat cair

dan gas, zat cair tidak mempertahankan bentuk yang tetap, zat cair mengikuti

bentuk wadahnya dan volumenya dapat diubah hanya jika diberikan padanya

gaya yang sangat besar dan gas tidak mempunyai bentuk dan maupun volume

yang tetap,gas akan berkembang mengisi seluruh wadah. Karena fase cair dan

gas tidak mempertahankan suatu bentuk yang tetap, keduanya mempunyai

kemampuan untuk mengalir. Dengan demikian kedua-duanya sering secara

kolektif disebut sebagai fluida. Setiap zat cair memiliki kekentalan yang

berbedabeda. Kekentalan fluida akan berpengaruh terhadap tegangan geser

saat fluida bergerak. Tegangan geser ini akan mengubah sebagian aliran dalam

bentuk energi lain, seperti panas, suara, dan sebagainya. Perubahan bentuk

energi tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan energi (head losses).

2.4 Kecepatan Linier pada Impeller Pompa

Kecepatan linier pada impeller pompa akan dihitung menggunakan

perhitungan manual dengan menggunakan persamaan 2.1.

8

V : 2πrf........................................................................(Persamaan 2.1)

V = kecepatan linier impeller (m/s)

f = frekunsi aliran (Hz)

r = jari jari impeller (m)

π = konstanta lingkaran

2.5 Definisi Pompa

Menurut (Samudra, 1998) Pompa merupakan alat yang digunakan untuk

memindahkan suatu cairan dari suatu tempat ke tempat lain dengan cara

menaikkan tekanan cairan tersebut. Kenaikan tekanan cairan tersebut

digunakan untuk mengatasi hambatan-hambatan pengaliran. Hambatan-

hambatan pengaliran itu dapat berupa perbedaan tekanan, perbedaan

ketinggian atau hambatan gesek. Klasifikasi pompa secara umum dapat

diklasifikasikan menjadi 2 bagian yaitu pompa kerja positif (positive

displacement pump) dan pompa kerja dinamis (non positive displacement

pump). Positive displacement pump, pompa jenis ini merupakan pompa

dengan ruangan kerja yang secara periodik berubah dari besar ke kecil atau

sebaliknya, selama pompa bekerja. Energi yang diberikan kepada cairan ialah

energi potensial, sehingga cairan berpindah volume per volume.

Yang termasuk dalam kelompok pompa pemindah positif antara lain :

a. Pompa Reciprocating

- Pompa torak

- Pompa plunger

b. Pompa Diaphragma

- Pompa Rotari

- Pompa vane

- Pompa lobe

- Pompa screw

- Pompa roda gigi

Non positive displacement pump, pompa jenis ini adalah suatu pompa

dengan volume ruang yang tidak berubah pada saat pompa bekerja. Energi

yang diberikan pada cairan adalah enersi kecepatan, sehingga cairan berpindah

9

karena adanya perubahan energi kecepatan yang kemudian dirubah menjadi

energi dinamis di dalam rumah pompa itu sendiri.

Yang termasuk dalam kelompok pompa kerja dinamis antara lain:

a. Pompa kerja khusus

- Pompa Jet

- Pompa Hydran

- Pompa Elektromagnetik

2.6 Pompa Sentrifugal

Salah satu jenis pompa kerja dinamis adalah pompa sentrifugal yang

prinsip kerjanya mengubah energi kinetik (kecepatan) cairan menjadi energi

potensial melalui suatu impeller yang berputar dalam casing seperti yang

ditunjukan Gambar 2.1. Gaya sentrifugal yang timbul karena adanya gerakan

sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).

Pompa sentrifugal paling banyak digunakan karena mempunyai bentuk

yang sederhana dan harga yang relatif murah. Keuntungan pompa sentrifugal

dibandingkan jenis pompa perpindahan positif adalah gerakan impeler yang

kontinyu menyebabkan aliran tunak dan tidak berpulsa, keandalan operasi

tinggi disebabkan gerakan elemen yang sederhana dan tidak adanya

katupkatup, kemampuan untuk beroperasi pada putaran tinggi, yang dapat

dikopel dengan motor listrik, motor bakar atau turbin uap ukuran kecil

sehingga hanya membutuhkan ruang yang kecil, lebih ringan dan biaya

instalasi ringan, harga murah dan biaya perawatan murah.

Gambar 2. 1 Lintasan Aliran Cairan Pompa Sentrifugal.

( Samudra, S. ;1998)

10

Secara umum bagian – bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat

seperti gambar berikut :

Gambar 2. 2 Komponen Utama Pompa Sentrifugal

( Hariady, S. ;2014)

a. Stuffing Box

Stuffing Box berfungsi untuk menerima kebocoran pada daerah dimana poros

pompa menembus casing.

b. Packing

Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing

pompa melalui poros.

c. Shaft (poros)

Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama

beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian – bagian berputar

lainnya.

d. Shaft sleeve

Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan

pada stuffing box.

e. Vane

Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

f. Casing

Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung

elemen yang berputar, tempat kedudukan diffuser (guide vane), inlet dan outlet

11

nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan

energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).

g. Eye of Impeller

Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

h. Impeller

Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi

energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga

cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan

akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

i. Chasing Wear Ring

Chasing Wear Ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang

melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan

cara memperkecil celah antara casing dengan impeller.

j. Discharge Nozzle

Discharge Nozzle berfungsi untuk mengeluarkan cairan dari impeller. Di

dalam nosel ini sebagian head kecepatan aliran diubah menjadi head tekanan.

Pompa sentrifugal diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Menurut jenis aliran dalam impeller :

a. Pompa aliran radial

Pompa ini mempunyai konstruksi sedemikian sehingga aliran zat

cair yang keluar dari impeler akan tegak lurus poros pompa (arah

radial).

Gambar 2. 3 Pompa sentrifugal aliran radial


12

b. Pompa aliran campur

Aliran zat cair didalam pompa waktu meninggalkan impeler akan

bergerak sepanjang permukaan kerucut (miring) sehingga komponen

kecepatannya berarah radial dan aksial.

Gambar 2. 4 Pompa sentrifugal aliran campur.


c. Pompa aliran aksial

Aliran zat cair yang meninggalkan impeler akan bergerak sepanjang

permukaan silinder (arah aksial).

Gambar 2. 5 Pompa aliran aksial


2. Menurut Jenis Impeler

a. Impeler tertutup

Sudu‐sudu ditutup oleh dua buah dinding yang merupakan satu

kesatuan,digunakan untuk pemompaan zat cair yang bersih atau sedikit

mengandung kotoran.

Gambar 2. 6 Impeller


13

b. Impeler setengah terbuka

Impeler jenis ini terbuka disebelah sisi masuk (depan) dan tertutup di

sebelah belakangnya. Sesuai untuk memompa zat cair yang sedikit

mengandung kotoran misalnya : air yang mengandung pasir, zat cair

yang mengauskan, slurry, dll.

c. Impeler terbuka

Impeler jenis ini tidak ada dindingnya di depan maupun di belakang.

Bagian belakang ada sedikit dinding yang disisakan untuk memperkuat

sudu. Jenis ini banyak digunakan untuk pemompaan zat cair yang

banyak mengandung kotoran.

1. Menurut Bentuk Rumah

a. Pompa volut

Bentuk rumah pompanya seperti rumah keong/siput (volute), sehingga

kecepatan aliran keluar bisa dikurangi dan dihasilkan kenaikan

tekanan.

Gambar 2. 7 Pompa volute


b. Pompa diffuser

Pada keliling luar impeler dipasang sudu diffuser sebagai pengganti

rumah keong.

14

Gambar 2. 8 Pompa aliran diffuser


c. Pompa aliran campur jenis volut

Pompa ini mempunyai impeler jenis aliran campur dan sebuah rumah

volut.

2. Menurut jumlah tingkat

a. Pompa satu tingkat

Pompa ini hanya mempunyai satu impeler. Head total yang

ditimbulkan hanya berasal dari satu impeler, jadi relatif rendah.

b. Pompa bertingkat banyak

Pompa ini menggunakan beberapa impeler yang dipasang secara

berderet (seri) pada satu poros. Zat cair yang keluar dari impeler

pertama dimasukkan ke impeler berikutnya dan seterusnya hingga

impeler terakhir. Head total pompa ini merupakan jumlahan dari head

yang ditimbulkan oleh masing ‐ masing impeler sehingga relatif tinggi.

Gambar 2. 9 Pompa Multistage


15

3. Menurut letak poros

Menurut letak porosnya, pompa dapat dibedakan menjadi poros horisontal

dan poros vertikal seperti pada gambar berikut ini:

Gambar 2. 10 Poros Vertikal dan Horisontal


2.8 Definisi Impeller

Impeller pada pompa adalah suatu bagian yang mengubah energi

mekanik (energi pada sudu-sudu impeller) diteruskan kepada daya pompa dan

akibat adanya efesiensi (adanya kerugian gesekan cairan) karena perubahan

arah aliran pada sudu-sudu impeller.

Pada pompa sentrifugal yang sederhana terdiri dari dua bagian yaitu :

1. Bagian yang berputar (rotating parts) biasanya terdiri dari : impeller,

poros dan lain-lain.

2. Bagian yang tetap (stationary parts) biasanya terdiri dari : rumah

pompa, packing dan lain-lain.

Impeller biasanya di cor dalam satu kesatuan dan terbuat dari besi cor atau

borns. Untuk cairan-cairan khusus, impeller dapat dibuat dari bahan baja

tahan karat, timah hitam, gelas/kaca, atau bahan-bahan yang sesuai untuk

keperluan. Impeller dipasang pada poros dengan suaian (fit) tekanan ringan,

dipasak, dan dikunci dengan baik pada tempatnya. Untuk mendapatkan

efesiensi yang tinggi yang tinggi yang biasa didapati pada pompa-pompa

modern, permukaan impeller haruslah dibuat sehalus mungkin, baik didalam

laluan sudu maupun pada bagian luar impeller tersebut.

16

Impeller pada pompa sentrifugal dapat dipasang/disangga dengan bantalan

pada kedua ujung porosnya maupun hanya salah satu ujungnya saja

(overhung). Pada pemasangan overhung menghemat satu seal tetapi akan

terjadi peningkatan dari lekukan/defleksi pada poros, sedangkan lainnya sama.

Pada impeller yang disangga pada kedua ujungnya. Untuk pompa dengan

kapasitas besar dapat di buat impeller dengan double suction, ini juga

direncanakan untuk menyetimbangkan gaya axial yang terjadi. Untuk

memenuhi kebutuhan akan total head yang tinggi maka dapat di konstruksikan

dengan pemasangan impeller lebih dari satu atau jamak (multi-stage). Untuk

membantu menghilangkan gaya aksial dari impeller jamak tersebut maka dapat

dilakukan pemasangan impeller dengan posisi berlawanan (back to back).

Dilihat dari bentuk arah aliran pada impeller maka bentuk impeller

secara garis besar di bagi menjadi empat, yaitu :

a. Radial impeller

Untuk membantu bentuk sudu-sudu tersebut maka pada setiap radial

impeller dilengkapi dengan cover plate pada bagian belakang dan juga

kadang-kadang pada bagian depannnya. Cover plate ini juga secara

otomatis menimbulkan kerugian akibat gesekan dengan cairan. Untuk

memperbaiki dalam hal ini meningkatkan efesiensi atau menurunkan nilai

NSPH, impeller harus dibuat beberapa sudu, seperti yang ditunjukkan

Gambar 2.11.

Gambar 2. 11 Radial Impeller

( Darto & Sunada, I. M ;2017)

b. Mixed flow impellet

Type impleller ini dapat dikatakan sama dengan radial impeller

hanya berbeda pada arah alirannya saja. Biasanya impeller ini dipergunakan

untuk memompakan cairan dengan kapasitas besar dengan total head yang

17

relatif rendah dibandingkan dengan radial impeller tapi lebih tinggi dari

axial impeller seperti yang ditunjukkan Gambar 2.12.

Gambar 2. 12 Mixed Flow Impeller


c. Axial impeller

Axial flow impeller disebut juga propeller dimana dapat dipasang secara

tetap atau dapat diubah-ubah ketika pompa dibuka maupun diubah-ubah

pada saat pompa tersebut dioperasikan. Pompa dengan impeller ini

digunakan untuk memompa cairan dengan kapasitas yang besar tetapi

total head yang dicapai relatif rendah. Contoh penggunaan pompa axial

impeller ini adalah untuk pompa penanggulangan banjir, pompa irigasi,

pompa air pendingin pembangkit tenaga listrik dan lain-lain.

Gambar 2. 13 Axial Impeller


d. Special impellers

Selain impeller-impeller yang telah di sebutkan diatas ada juga

impeller dengan tipe-tipe khusus, contohnya Pheriperal Impeller seperti yang

di tunjukkan Gambar 2.14.

Gambar 2. 14 Pheriperal Impeller


18

2.9 Computational Fluid Dynamic (CFD)

Computational Fluid Dynamic (CFD) adalah metode penghitungan

dengan sebuah kontrol dimensi, luas dan volume dengan

memanfaatkan bantuan komputasi komputer untuk melakukan

penghitungan pada tiap-tiap elemen pembaginya. Prinsipnya adalah suatu

ruang yang berisi fluida yang akan dilakukan penghitungan dibagi menjadi

beberapa bagian, hal ini sering disebut dengan sel dan prosesnya

dinamakan meshing. Bagian-bagian yang terbagi tersebut merupakan

sebuah kontrol perhitungan. Kontrol-kontrol penghitungan ini merupakan

pembagian ruang atau meshing. Pada setiap kontrol penghitungan akan

dilakukan penghitungan dengan batasan domain dan bondary condition yang

telah ditentukan.

Secara umum proses penghitungan CFD terdiri atas 3 bagian utama

yaitu:

1. Preprocessor

2. Solver

3. Postprocessor

Langkah-langkah dalam tahap pre-processing yaitu:

1. Definisi geometri region yang telah dibuat

2. Pemecahan domain menjadi beberapa sub domain yang lebih kecil

dan non overlapping dari hasil meshing geometri

3. Pemilihan fenomena fisik yang perlu dimodelkan

4. Definisi properties fluida

5. Pemberian boundary condition/kondisi batas yang sesuai pada

sel-sel yang berhimpit dengan batas domain.

Akurasi CFD ditentukan oleh jumlah sel dalam grid. Secara umum,

semakin besar jumlah sel maka semakin baik keakurasiannya. Lama tidaknya

perhitungan dalam iterasi tergantung kepada halus atau rapatnya grid.

Pembuatan geometri pada FLUENT dapat dibuat secara langsung dari

FLUENT-Build maupun diimpor dari program CAD yang lainnya seperti

PATRAN, UNIGRAPHICS, CATIA, ACAD. PRO/ENGINEER dan lain-

lain. Langkah-langkah dalam tahap solver yaitu:

19

Dalam tahap ini akan dilakukan perhitungan terhadap model yang

dibuat pada tahap preprocessor. Terdapat 3 macam teknik solusi

numerik yaitu beda hingga (finite difference), elemen hingga (finite

element) dan metode spektral. Perbedaan ketiga metode tersebut adalah

sebagai berikut:

1. Metode Beda Hingga (Finite Difference Method)

Menggambarkan variabel tidak diketahui Φ sebuah problem aliran

dengan cara sampel-sampel titik pada titik-titik nodal sebuah grid dari

garis koordinat. Ekspansi Deret Taylor terpotong sering dipakai untuk

membangun aproksimasi-aproksimasi beda hingga derivative Φ dalam

suku-suku sampel-sampel titik Φ di masing-masing titik grid dan

tetangga terdekat. Derivatif tersebut muncul dalam persamaan aljabar

untuk nilai-nilai Φ di setiap titik grid.

2. Metode Elemen Hingga (Finite Element Method)

Menggunakan fungsi-fungsi potong (piecewise) sederhana (misalnya

linier atau kuadratik) pada elemen-elemen untuk menggambarkan

variasi-variasi lokal variabel aliran yang tidak diketahui Φ. Persamaan

atur terpenuhi secara tepat oleh solusi eksak Φ. Jika fungsi-fungsi

aproksimasi potong untuk Φ disubstitusikan ke dalam persamaan,

terdapat sebuah ketidakpastian hasil (residual) yang didefinisikan untuk

mengukur kesalahan. Kemudian residual (kesalahan) diminimalkan

melalui sebuah pengalian dengan sebuah set fungsi berbobot dan

mengintegrasikannya. Hasilnya diperoleh sekumpulan persamaan aljabar

untuk koefisien-koefisien tak diketahui dari fungsi-fungsi aprosimasi.

Teori elemen hingga awalnya dikembangkan untuk analisis tegangan

struktur.

3. Metode Spektral (Spectral Method)

Mengaproksimasikan variabel Φ dengan deret fourier terpotong atau

deret Polinomial Chebyshev. Aproksimasi tidak secara lokal namun valid

di semua domain komputasional, mengganti tak diketahui dalam

persamaan atur deret-deret terpotong. Batasan yang membawa ke

20

persamaan aljabar untuk seluruh koefisien deret Fourier dan Chebyshev

diberikan oleh konsep residual berbobot mirip dengan elemen hingga

atau membuat fungsi aproksimasi serupa dengan solusi eksak pada

sebuah nilai dari titik-titik grid.

4. Metode Volume Hingga (Finite Elemen Method)

Awalnya dikembangkan untuk special formulasi beda hingga, algoritma

numerik terdiri dari langkah: intergrasi persamaan atur aliran fluida

diseluruh volume atur (hingga) dari domain solusi, diskretisasi dengan

substitusi beragam aproksimasi beda hingga untuk suku-suku persamaan

terintegrasi proses aliran seperti konveksi, difusi dan sumber. Akan

dikonversikan persamaan integral menjadi sebuah sistem persamaan

aljabar dan solusi persamaan-persamaan aljabar dengan metode iterative.

Langkah-langkah dalam tahap post-processing yaitu :

Hasil perhitungan modul solver berupa nilai-nilai numerik (angka-angka)

variabel-variabel dasar aliran seperti kecepatan aliran udara, tekanan,

temperatur dan fraksi-fraksi masa. Dalam post-processor hasil-hasilnya

disajikan dalam bentuk visualisasi ataupun kontur-kontur distribusi

parameter-parameter aliran fluida. Adapun data visualisasi model yang

bisa ditampilkan oleh post-processor adalah gambar geometri model,

gambar surface sifat fluida, animasi aliran fluida, tampilan vector

kecepatan, gerakan rotasi, translasi dan penyekalan serta arah aliran

fluida.

2.10 Perhitungan Laju Korosi

Laju korosi adalah kecepatan rambatan atau kecepatan

penurunan kualitas bahan terhadap waktu. Metode yang digunakan untuk

menghitung laju korosi adalah dengan metode elektrokimia atau polarisasi.

Polarisasi adalah proses pengutuban ion hidrogen secara kimia listrik

sehingga terbentuk gas hidrogen dengan bantuan pengikatan elektron yang

dihasilkan dari proses degradasi logam. Dalam konteks korosi, polarisasi

mengacu pada pergesaran potensial dari potensial rangkaian terbuka

(pontensial korosi bebas) dari sistem korosi, jika pergesaran potensial dalam

21

arah “positif” (atas icorr), hal itu disebut “polarisasi anodik”. Jika pergesaran

potensial dalam arah “negatif” (bawah Ecorr), hal itu disebut “polarisasi

katodik”. U ntuk semua logam dan paduan dalam lingkungan basah,

polarisasi katodik selalu mengurangi laju korosi. Proteksi katodik pada

dasarnya penerapan polarisasi katodik ke sistem korosi, untuk sistem yang

menunjukan transisi aktif ke pasif polarisasi anodik akan meningkatkan laju

korosi pada awalnya dan kemudian menyebabkan penurunan drastis laju

korosi.Perlindungan anodik dasarnya penerapan polarisasi anodik ke sistem

korosi. Metode elektrokimia adalah mengukur laju korosi dengan mengukur

beda potensial obyek hingga didapat laju korosi yang terjadi, metode ini

mengukur laju korosi pada saat diukur saja dimana memperkirakan laju

tersebut dengan waktu yang panjang (memperkirakan walaupun hasil yang

terjadi antara satu waktu dengan eaktu lainnya berbeda).

Kelemahan metode ini adalah tidak dapat menggambarkan secara

pasti laju korosi yang terjadi secara akurat karena hanya dapat mengukur laju

korosi hanya pada waktu tertentu saja, hingga secara umur pemakaian

maupun kondisi untuk dapat ditreatmen tidak dapat diketahui. Kelebihan

metode ini adalah kita langsung dapat mengetahui laju korosi pada saat

di ukur, hingga waktu pengukuran tidak memakan waktu yang lama.

Metode elektrokimia ini meggunakan rumus yang didasari pada ASTM G-

102 (lampiran E) yaitu menggunakan persamaan sebagai berikut :

Laju Korosi (mmpy) = K1 . 𝑖𝑐𝑜𝑟𝑟

ρ . Ew............................(Persamaan 2.2)

K1 = Berdasarkan ASTM G-102 hal. 3

icorr = Berdasarkan grafik tabel pengujian metode polarisasi pontensiostat

ρ = densitas material (g/cm3)

Ew = equivalent weight (g/mol)

Metode ini menggunakan pembanding dengan meletakkan salah

satu material dengan sifat korosif yang sangat baik dengan bahan yang akan

diuji hingga beda potensial yang terjadi dapat diperhatikan dengan

adanya pembanding tersebut. Ada beberapa satuan yang biasa

22

dipakai dalam menghitung laju korosi. Maka untuk memudahkan pembaca,

tabel dibawah ini adalah tabel pengkonversian satuan laju korosi :

Tabel 2. 1 Konversi satuan laju korosi

( Jones, D. A., & Denny, A. (n.d.). Principles and Prevention of Corrotion )

n = number of electrons freed by the corrosion reaction

M = atomic mass

d = density

Setiap material yang diekspos kedalam lingkungan korosif akan

menghasilkan laju korosi yang berbeda tergantung dari ketahanan

korosi material tersebut. Laju korosi material dapat digunakan untuk

menentukan dan mengklasifikasikan ketahanan material tersebut pada

lingkungan tempat diaplikasikan (Tabel 2.2).

Tabel 2. 2 Klasifikasi Ketahanan Material berdasarkan Laju Korosi

( Jones, D. A., & Denny, A. (n.d.). Principles and Prevention of Corrotion )

Hasil pengujian dan perhitungan laju korosi metode polarisasi akan

dikelompokan sesuai dengan (Tabel 2.2), pengelompokan hasil

perhitungan berdasarkan standart ASTM G-102 untuk mengetahui satuan

Relative Corrosion Resistance baik atau buruk hasil dari pengujian dan

perhitungan material tersebut.

23

2.11 Erosion Rate

Suatu sistem dimana terdapat parameter seperti high temperature, pressure fluida,

fluida yang mengandung uap, dan mengandung bubble di dalam fluida tersebut, maka

sangat rentan terjadinya erosion di material. Dalam sistem ini maka akan sangat

membutuhkan perhitungan erosion rate, dengan adanya perhitungan tersebut maka akan

mudah mengetahui bagaimana sifat material tersebut akan tahan atau lemah terhadap

erosion. Dalam melakukan perhitungan erosion rate menggunakan beberapa data

pendukung yang ada dalam DNVGL RP-O501 seperti pada Tabel 2.1 tentang material

properties, Gambar 2.16 tentang erosion response model, dan Gambar 2.12 tentang grafik

function F(a) for typical „ductile‟ and „brittle‟ material.

Gambar 2. 15 Erosion Response Model

(DNV RP O501-Rev 4.2-2007 “Parameter characterising erosion impact on a surface”)

Gambar 2. 16 Grafik function F(a) for typical „ductile‟ and „brittle‟ material

(DNVGL RP-O501-2015)

Menghitung erosion rate pada pipa menggunakan rumus sebagaimana persamaan

2.3 berikut (DNV RP-O501):

ER = 𝑘 . 𝑓(𝛼) .𝑈𝑝𝑛

𝑝𝑡 . 𝐴𝑡 . 𝐺. 𝐶1. 𝐺𝐹. 𝑚𝑝. 𝐶𝑢𝑛𝑖𝑡2.7.2 ..................................(Persamaan 2.3)

k = material konstanta [(m/s)-n]

24

F(α) = sudut tumbukan (⁰)

Up = kecepatan tumbukan partikel (m/s)

n = velocity exponent

ρt = density material (kg/m3)

At = luasan yang terkena erosi (m2)

G = the particle size correction

C1 = model geometri

GF = faktor geometri

mρ = laju massa partikel (kg/s)

ρ = laju massa partikel (kg/s)

Cunit = unit faktor konversi

Adapun langkah langkah Perhitungan erosion rate adalah sebagai berikut ini (DNVGL

RP-O501 2015):

1. Menghitung sudut tumbukan terdapat pada persamaan 2.4

α = arc tan . (1

√2.𝑅𝑐𝑢𝑟𝑡𝑎𝑣𝑢𝑟𝑒) ..................................(Persamaan 2.4)

dengan,

Rcurvature = internal diameter, m

α = arc tan . (1

√2𝑥0,610)

2. Menghitung the dimensionless parameter group, A menggunakan

persamaan 2.5 ;

A = 𝜌𝑚2. tan(𝛼) . 𝑈𝑝 . 𝐼𝐷

𝑃𝑝 .µ𝑚 ......................................(Persamaan 2.5)

dengan,

ρm = density fluida campuran (kg/m3) 3

Α = sudut tumbukan (°)


ID = diameter dalam (m)

Ρp = density partikel (kg/m3) 3

µm = viscosity fluida campuran (kg/m.s)

25

3. Menggunakan the dimensionless group, Adp, dari langkah 2untuk

mencari nilai critical particle diameter menggunakan persamaan 2.6,

dp,c :

γc = 𝜌𝑚

𝑃𝑝[1,88 .ln(𝐴)−6,04]...............................(Persamaan 2.6)

dengan,

A = the dimensionless parameter group

pm = density fluida campuran (kg/m)

pp = density partikel (kg/m)

4. Menghitung the particle size correction fungsi G menggunakan the critical

particle diameter yang dihitung pada langkah ke 3, menggunkaan

persamaan 2.7

γ = 𝑑𝑝

𝐼𝐷......................................................(Persamaan 2.7)

dengan,

dp = Partikel diameter, m

ID = Inside diamater, m

5. Menghitung the characteristic area exposed to erosion, menggunakan

persamaan 2.8 :

At = 𝜋𝐼𝐷2

4 sin (α) ..........................................(Persamaan 2.8)

dengan,

ID = Internal diameter,m

α = Sudut tumbukan

6. Mencari nilai fungsi F(α) dengan menggunakan sudut (α) dapat dicari

menggunakan grafik pada Gambar 2.16

7. Mencari nilai model geometry, C1 dapat menggunakan persamaan

2.9:

C1 = 2,5 ........................................................................(Persmaan 2.9)

26

IJERSET Journal

International (2018)

Analisys of Centrifugal Pump

Impeller Using ANSYS

2.12 Kerangka Konseptional

• Metode Computational Fluid

Dynamics (CFD)

• Obyek Impeller Pompa Sentrifugal

• Analisa kecepatan dengan simulasi

menggunakan software ANSYS

• Fluida berupa slurry

• Menggunakan pemodelan CFD

mencari velocity

• Menghitung erosion rate

menggunakan DNV GL-RP0501

• Menghitung minimum wall

thickness dengan ASME B31.3

• 5.Perhitungan Life Time

menggunakan API 570

• Pengujian Elektrokimia

• Obyek berupa elbow dan reducer

• Membandingkan 2 material yaitu

Super Duplex 2507 dan Hastelloy

G-30

Persamaan

Puguh Ogi Nur Rachman (2016)

(Analisa Laju Korosi pada Pump

Impeller di Industri Pertambangan

Batu Bara)

• Fluida Slurry

• Sample material stainless steel

AISI 314

• Software 342 Sotcorr Corrosion

Meansurement untuk membantu meihat laju korosi

• Foto optik untuk mengetahui

kondisi permukaan material

• Pengujian Potentiostat Test

• Mengacu pada standard G 102

Muhammad Wahyu (2018)

(Pengaruh Fluida Phosporic Acid Slurry Slurry Terhadap Laju Erosi

Korosi pada Material Super

Duplex 2507 dan Hastelloy G-30 Pada Sistem Perpipaan R-2304

menuju P-2302-B (Suction) Di PT.

PETRO JORDAN ABADI -GRESIK)

• Menggunakan

pemodelan

CFD untuk

memprediksi

erosi dari

viskositas

• Objek Impeller

Pompa

Persamaan

Persamaan

• Fluida slurry

• Potentiostat

Test untuk

melihat laju

korosi

• Material yang

dibandingkan

stainless steel

• Mengacu pada

standar ASTM

G-102

• Fluida berupa slurry

• Menggunakan

pemodelan CFD

untuk mencari

velocity

• Pengujian

Elektrokimia

• Perhitungan life time

• Membandingkan 2

material

Tugas Akhir

(2019)

Pengaruh

Material PDM

dan Alloy 31 terhadap Korosi

, Erosi , Life

Time Impeller Pompa pada

Aliran Fluida Asam Phosphat

• Fluida

Menggunakan

asam phospat

• Pengujian

Potentiostat Test

menggunakan

ASTM G-102

• Obyek Pump

Impeller

• Menggunakan

pemodelan CFD

untuk

mengetahui

velocity,erosi,

dan korosi

• Perhitungan life

time

27

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir

Gambar 3.1 Langkah Penelitian

Menghitung Velocity Pengujian Korosi

Manual ANSYS Uji

Potentiostat

Material

PDM

Uji

Potentiostat

Material

Alloy 31

Menghitung ER

pada Material PDM

dan Alloy 31

Pemodelan ER Pada

Impeller

Perbandingan Hasil

Erotion Rate

Perbandingan hasil laju

korosi

Menghitung Niliai Life Time

Material PDM dan Alloy 31

Finish

Kesimpulan

dan Saran

Rancangan Penelitian

Identifikasi awal dan

penetapan tujuan

Studi Literatur Studi Lapangan

START

28

Untuk penelitian dan penyusunan tugas akhir ini diperlukan suatu

jadwal atau urutan pengerjaan yang digunakan untuk merencanakan langkah-

langkah penelitian yang sekirannya dapat memaksimalkan dalam

pelaksanaan tugas akhir sebagai acuan sebagaimana yang tercantum pada

gambar 3.1 diatas dengan detail sebagai berikut:

3.1.1 Persiapan Penelitian

Tahap persiapan dan pengumpulan data dilakukan untuk mempersiapkan

keperluan berupa rancangan penelitian dan data awal. Rancangan penelitian

merupakan tahapan yang menjadi pedoman dasar sebuah penelitian. Data

awal diperoleh melalui studi lapangan dan studi literatur.

3.1.2 Identifikasi Masalah

Pada tahap ini dilakukan identifikasi beberapa permasalahan yang

didapatkan pada saat melakukan pengamatan dan pemikiran sehingga bisa

dilakukan suatu penelitian.

3.1.3 Penetapan Tujuan

Setelah masalah itu diidentifikasi, kemudian dirumuskan masalah-

masalah yang akan diselesaikan pada penelitian ini. Pada tahap ini juga

dilakukan penetapan tujuan tentang apa yang ingin dicapai dan manfaatnya

bagi pihak terkait serta bagi penelitian selanjutnya. Tahap-tahap ini

merupakan dasar tentang apa yang dilakukan selama penelitian.

Dalam penelitian ini diangkat permasalahan mengenai pengujian

pengaruh fluida Phosporic Acid Slurry terhadap laju korosi pada material

PDM dan material Alloy 31 untuk mengetahui nilai life time dan pemilihan

material yang sesuai untuk impeller pompa.

3.1.4 Studi Literatur

Studi literatur berupa penggalian informasi dan pengumpulan informasi

yang dibutuhkan melalui sumber referensi, standar dan teori-teori yang

berhubungan dengan penelitian mengenai erosion rate dan pengujian

elektrokimia.

29

3.1.5 Studi Lapangan

Studi lapangan merupakan pengamatan awal untuk penggalian informasi

dan kondisi kerja mengenai equipment yang diperoleh dari hasil wawancara

dengan karyawan PT. Perusahaan yang bergerak di bidang produksi unit PA

serta dokumen dari perusahaan yang akan menjadi data untuk penelitian.

3.1.6 Perancangan Penelitian

1. Tahap pengolahan data merupakan tahap lanjutan dari penelitian

ini. Tahap ini terdiri dari langkah seperti : Temperatur, flow rate ,

density , pressure , PFD , P&ID , Data Fluida.

2. Rancangan Penelitian tahap ini merencanakan untuk penyelesaian

masalah yang di gunakan dalam penelitian seperti tahap pemodelan

menggunakan software ANSYS.

3.1.7 Tahap pengolahan data

Tahap pengolahan data merupakan tahap lanjutan dari penelitian ini.

Tahap ini terdiri dari langkah berikut :

1. Menghitung kecepatan

Dalam penelitian ini menggunakan 2 metode perhitungan untuk

menemukan kecepatan aliran, pertama menggunakan perhitungan

manual dan kedua mencari nilai kecepatan dengan menggunakan

pemodelan aliran menggunakan software ANSYS

2. Menghitung erosi

Dalam penelitian ini setelah mengetahui nilai erosi dari perhitungan

manual dan software ANSYS selanjutnya membandingkan hasil

perhitungan dengan mengacu pada standart DNVGL-RP-051 2015.

3.1.8 Pengujian Korosi

Tahap pengujian merupakan tahap lanjutan dari penelitian ini. Tahap ini

terdiri dari langkah berikut :

1. Pengambilan sampel

Tahap pengambilan sampel merupakan pengambilan sampel material

dan fluida :

30

a. Pengambilan sampel material PDM dan Alloy 31 dengan ukuran

panjang 20 mm, lebar 10 mm, dan tebal 5 mm.

Gambar 3. 2 Ukuran Spesimen Uji

b. Pengambilan sampel fluida Phosporic Acid Slury (PAS).

2. Persiapan pengujian korosi

- Persiapan pengujian

a. Pemotongan material dengan ukuran spesimen menyesuaikan gelas

reaksi dan bentuk material. Spesimen dipotong dengan mesin cutting

sepanjang 20 mm dan lebar 10 mm. Contoh bentuk dan dimensi

spesimen seperti pada Gambar 3.3.

b. Spesimen yang akan diuji akan dibersihkan menggunakan

methanol selama 5 menit, lalu di keringkan di udara.

c. Spesimen yang telah di potong dimasukkan ke dalam fluida

Phosporic Acid Slurry (PAS).

d. Menghubungkan elektroda kerja, elektroda pembanding, dan

elektroda bantu ke spesimen dan mesin potensiostat Autolab.

Rangkaian pengujian potensiostat yang akan dilakukan berdasarkan

standard ASTM G-05. Rangkaian uji potensiostat ditunjukan pada

Gambar 3.3 di bawah ini.

31

Gambar 3. 3 Rangkaian Uji Potensiostat

(Sumber : ASTM G-05 hal. 3)

Gambar 3.3 diatas merupakan rangkaian uji potentiostat yang memberi potensial

dan merekam respon arus yang merupakan karekteristik dari sampel uji

Gambar 3. 4 Timbangan

Gambar 3. 5 Gelas baker

32

Gambar 3. 6 Peralatan uji korosi

Gambar 3. 7 Fluida Phosporic Acid Slurry (PAS)

Dalam persiapan pengujian potentiostat yang dilakukan di lab elektrokimia

digunakan timbangan (Gambar 3.4) untuk menimbang berat material agar sesuai

dengan alat yang digunakan. Gelas beker (Gambar 3.5) untuk mengukur fluida yang

digunakan dalam proses pengujian agar sesuai dengan aturan pengujian. Peralatan

uji korosi (Gambar 3.6) untuk melakukan pengujian potentiostat hal yang paling

penting yaitu peralatan uji korosi dimana berperan dalam memperoleh hasil yang

yang akurat. Fluida phosporic acid slurry (PAS) (Gambar 3.7) untuk proses

pengujian dimana fluida sangat berperan penting sebagai media laju korosi itu

sendiri.

3.1.9 Menghitung Life Time (LT)

Dalam penelitian ini untuk mengetahui nilai life time pada impeller

kita mengacu pada Teori Abrasion / Acresion ANSYS.

3.1.10 Perhitungan teknis

1. Perhitungan laju korosi

33

2. Pehitungan laju erosi

3. Pengolahan data potentiostat test

3.1.11 Tahap Analisa

Tahap ini dilakukan analisis terhadap data yang diolah dan

membandingkan berdasarkan variabel yang telah ditentukan.

3.2 Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan merupakan tahap pengambilan keputusan dari analisa

dan pengolahan data yang telah dilakukan.

3.3 Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di:

1. PT.Petro Jordan Abadi, Gresik.

2. Kampus Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya.

3. Lab. Elektrokimia – Teknik Material Metalurgi ITS Surabaya

3.3 Waktu Penelitian

Waktu pengerjaan tugas akhir ini dimulai pada akhir semester 7 diawali dengan

pengajuan proposal tugas akhir dan dilanjutkan pada semester 8 dengan waktu

efektif ± 5 bulan, sebagaimana yang telah dicantumkan pada tabel 3.1

mengenai jadwal penelitian

34

Tabel 3. 1 Jadwal Kegiatan Penelitian

35

BAB 4

ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Dalam melakukan perhitungan laju erosi dan korosi yang terjadi

akibat adanya perubahan laju aliran diperlukan data-data yang menunjang

perhitungan. Data Fluida Asam Phospat, pengujian potentiostat test

menggunakan paramater densitas partikel sebesar 1922 kg/m3 sesuai dengan

densitas partikel fluida pada perusahaan Data parameter dari aliran fluida

terdapat pada Tabel 4.1 berikut: (lampiran A)

Tabel 4. 1 Data parameter aliran fluida

36

4.1.1 Data Hasil Pengujian Potentiostat

a. Phosporic Acid Slurry, Material PDM (Pengujian 1)

Gambar 4. 1 Hasil pengujian pertama potentiostat PDM fluida Phosporic Acid

Slury (PAS)

Dari Gambar 4.1 didapatkan nilai dari hasil pengujian potentiostat yaitu

untuk material PDM pengujian pertama dihasilkan nilai corrosion rate

sebesar 0.0052685 mm/year.

Gambar 4.2 Grafik hasil pengujian pertama potentiostat PDM fluida Phosporic Acid

Slury (PAS)

37

Dari Gambar 4.2 menunjukkan grafik tafel dari hasil pengujian potentiostat

material PDM untuk pengujian pertama.

b. Phosporic Acid Slurry, Material PDM (Pengujian 2)

Gambar 4. 3 Hasil pengujian kedua potentiostat PDM fluida Phosporic Acid Slury (PS)

Dari Gambar 4.3 didapatkan nilai dari hasil pengujian potentiostat yaitu untuk

material PDM pengujian kedua dihasilkan nilai corrosion rate sebesar

0.029231 mm/year.

Gambar 4. 4 Grafik hasil pengujian kedua potentiostat PDM fluida Phosporic Acid Slury

(PAS)

38


material PDM untuk pengujian kedua.

c. Phosporic Acid Slurry, Material Alloy 31 (Pengujian 1)

Gambar 4. 5 Hasil pengujian pertama potentiostat Alloy 31 fluida Phosporic Acid Slurry

(PAS).


material Alloy 31 pengujian pertama dihasilkan nilai corrosion rate sebesar

0.011384 mm/year.

Gambar 4. 6 Grafik hasil pengujian pertama potentiostat Alloy 31 fluida Phosporic Acid

Slury (PAS)

39


material Alloy 31 untuk pengujian pertama.

d. Phosporic Acid Slurry, Material Alloy 31 (Pengujian 2)

Gambar 4. 7 Hasil pengujian kedua potentiostat Alloy 31 fluida Phosporic Acid Slurry

(PAS)


material Alloy 31 pengujian kedua dihasilkan nilai corrosion rate sebesar

0.0083331 mm/year.

Gambar 4. 8 Grafik hasil pengujian kedua potentiostat Alloy 31 fluida Phosporic Acid

Slury (PAS)

40


material Alloy 31 untuk pengujian kedua.

4.1.2 Nilai laju korosi dari hasil pengujian potentiostat

Setelah dilakukan pengujian potentiostat terhadap kedua material yaitu PDM

dan Alloy 31, kemudian merangkum nilai laju korosi yang didapat dari

pengujian tersebut seperti pada Tabel 4.2 di bawah ini :

Tabel 4. 2 Laju korosi material PDM dan Alloy 31

Material Pengujian Laju Korosi

(mm/year)

Rata Rata

(mm/year)

PDM 1

2

0,0052685

0,029231

0,01724975

Alloy 31 1

2

0,011384

0,0083331

0,00985855

Dari Tabel 4.2 menunjukkan nilai laju korosi yang didapatkan dari pengujian

potentiostat dimana material PDM menunjukkan nilai yang lebih besar

dibandingkan dengan material Alloy 31, ini menunjukkan bahwa material

PDM lebih cepat terjadi korosi karena memiliki nilai laju korosi yang lebih

tinggi.

Gambar 4. 9 Grafik Perbandingan laju korosi material PDM dan Alloy 31

Dari Gambar 4.9 menunjukkan grafik perbandingan laju korosi pada material

PDM dan Alloy 31 grafik menunjukkan perbedaan sebesar 0,01 dimana

41

material PDM memiliki nilai laju korosi yang lebih tinggi daripada material

Alloy 31.

4.2 Perhitungan Kecepatan Fluida

Perhitungan kecepatan dilakukan dengan 2 cara yaitu perhitungan

dengan cara manual dan dengan pemodelan software ANSYS. Data

perhitungan kecepatan yang dihasilkan kemudian akan digunakan untuk

menghitung nilai laju erosi.

4.2.1 Perhitungan kecepetan impeller secara manual

Kecepatan pada impeller pompa akan dihitung menggunakan

perhitungan manual. Data kecepatan merupakan nilai pertama yang

didapatkan untuk mengetahui laju erosi pada impeller pompa. Berikut

perhitungan manual kecepatan pada impeller tersebut:

r : 305 mm

f : 50 Hz

V : 2πrf...........................................................................(Persamaan 2.1)

: 2 π x 0,305 m x 50Hz

: 95,58 m/s

Hasil nilai hitung kecepatan secara manual pada impeller pompa

menggunakan hitungan manual didapatkan nilai sebesar 95,58 m/s dari hasil

ini kita bisa membandingkan dengan perhitungan pada software ANSYS.

4.2.2 Perhitungan kecepatan dengan pemodelan software ANSYS

Kecepatan pada impeller akan didapat dengan menggunakan sistem

pemodelan dengan menggunakan software ANSYS. Data kecepatan

merupakan nilai pertama yang didapatkan nantinya untuk mengetahui laju

erosi pada impeller.

Gambar 4. 10 Pemodelan kecepatan pada impeller

42

Dari Gambar 4.10 menunjukkan kecepatan pada impeller pompa yang

didapat dari sistem pemodelan dengan menggunakan software ANSYS

adalah sebesar 95,1957 m/s.

4.3 Perhitungan Erosion Rate

Standar perhitungan untuk menentukan laju erosion rate material

impeller pompa mengacu pada standart DNVGL RP-O501 (lampiran F).

Terdapat beberapa data pendukung untuk menemukan nilai laju erosi

tersebut.

4.3.1 Perhitungan manual erosion rate

• Menghitung sudut tumbukan

α = arc tan . (1

√2.𝑅𝑐𝑢𝑟𝑡𝑎𝑣𝑢𝑟𝑒) (Persamaan 2.4)

dengan,

Rcurvature = internal diameter, m

= 0,610 m

α = arc tan . (1

√2𝑥0,610)

= 42,1701

• Menghitung the dimensionless parameter group, A:

A = 𝜌𝑚2. tan(𝛼) . 𝑈𝑝 . 𝐼𝐷

𝑃𝑝 .µ𝑚 (Persamaan 2.5)

dengan,

ρm = density fluida campuran (kg/m3) 3

= 1760 kg/m

Α = sudut tumbukan (°)

= 42,1701


= 95,58 m/s

ID = diameter dalam (m)

= 0,610 m

Ρp = density partikel (kg/m3) 3

= 1922 kg/m

43

µm = viscosity fluida campuran (kg/m.s)

= 0,2 kg/m.s

A = 17602. tan(42,1701) . 95,58 . 0,610

1992 . 0,2

A = 410612,7078

• Menggunakan the dimensionless group, Adp, dari langkah 2

untuk mencari nilai critical particle diameter menggunakan

persamaan, dp,c :

γc = 𝜌𝑚

𝑃𝑝[1,88 .ln(𝐴)−6,04] (Persamaan 2.6)

dengan,

A = the dimensionless parameter group

= 410612,7078

pm = density fluida campuran (kg/m)

= 1760 kg/m3

pp = density partikel (kg/m)

= 1922 kg/m3

γc = 1760

1922[1,88 .ln(410612,7076)−6,04]

= 0,050

• Menghitung the particle size correction fungsi G menggunakan the

critical particle diameter yang dihitung pada langkah ke 3:

γ = 𝑑𝑝

𝐼𝐷 (Persamaan 2.7)

dengan,

dp = Partikel diameter, m

= 0,0000508 m

ID = Inside diamater, m

= 0,610 m

γ = 0,0000508

0,610

= 0,0009508

Karena y<yc, maka nilai G = 0,0009508

0,050

44

= 0,019016

• Menghitung the characteristic area exposed to erosion:

At = 𝜋𝐼𝐷2

4 sin (α) (Persamaan 2.8)

dimana,

ID = Internal diameter,m

= 0,610 m

α = Sudut tumbukan

= 42,1701

At = 𝜋 0,6102

4 sin (42,1701)

= 0,435 m

• Mencari nilai fungsi F(α)

Fungsi F(α) dapat di cari menggunakan grafik pada Gambar 4.11

menggunakan nilai sudut dampak (α) yaitu sebesar 42,1701 lalu ditarik

vertical sampai bertemu dengan kurva ductile material.

Gambar 4. 11 Grafik Fungsi F(α)

Dari Gambar 4.11 diatas dapat ditentukan bahwa fungsi F(α)

berdasarkan sudut dampak (α) bernilai sebesar 0,98.

• The model geometry, C1:

Dari standart DNV RP-O501 Faktor model geometri (C1) merupakan

ketetapan yaitu sebesar 2,5.

• Unit conversion factor (m/s mm/year)

Cunit = 1000 . 3600 . 24 . 365 (Persamaan 2.9)

45

= 3,15 x 10

Untuk mengetahui laju erosi pada impeller pompa menggunakan persamaan

di bawah ini untuk material PDM.


𝑝𝑡 . 𝐴𝑡 . 𝐺. 𝐶1. 𝐺𝐹. 𝑚𝑝. 𝐶𝑢𝑛𝑖𝑡 (Persamaan 2.3)

dimana,


= 2 x 10-9


= 0,93


= 95,58 m/s


= 2,6


= 7500 kg/m


= 0,435 m


= 0,0019

C1 = model geometry

= 2,5


= 1


= 1,044 kg/s


= 1,044 kg/s


= 3,15 x 10

ER = Erosion Rate (mm/year)

46

= 𝑘 . 𝑓(𝛼) .𝑈𝑝𝑛

𝑝𝑡 . 𝐴𝑡 . 𝐺. 𝐶1. 𝐺𝐹. 𝑚𝑝. 𝐶𝑢𝑛𝑖𝑡

= 2 x 10−9 . 0,93 .95,58 2,6

7500 . 0,435 . 0,0019. 2,5 . 1 . 1,044 .3,15 x1010

= 12,549 mm/year

Untuk mengetahui laju erosi pada impeller pompa menggunakan persamaan

di bawah ini untuk material alloy 31.



dimana,


= 2 x 10-9


= 0,93


= 95,58 m/s


= 2,6


= 8050 kg/m


= 0,435 m


= 0,0019

C1 = model geometry

= 2,5


= 1


= 1,044 kg/s


= 1,044 kg/s


47

= 3,15 x 10

ER = Erosion Rate (mm/year)

= 𝑘 . 𝑓(𝛼) .𝑈𝑝𝑛


= 2 x 10−9 . 0,93 .95,58 2,6

8050 . 0,435 . 0,0019. 2,5 . 1 . 1,044 .3,15 x1010

= 11,0729 mm/year

Hasil nilai laju erosi berdasarkan perhitungan erosion rate secara manual

pada 2 jenis material yang berbeda dapat dirangkum seperti pada Tabel 4.3

di bawah ini:

Tabel 4. 3 Perhitungan erosion rate secara manual pada material PDM dan Alloy 31

Perhitungan Manual

Laju Erosi (mm/year)

PDM Alloy 31

12,549 11,073

Dari Tabel 4.3 menunjukkan perbandingan nilai laju erosi pada material

PDM dan Alloy 31 dengan perhitungan manual didapatkan nilai material

PDM memiliki nilai laju erosi yang lebih besar dibandingkan dengan

material Alloy 31, ini berarti bahwa material PDM lebih cepat mengalami

erosi daripada material Alloy 31.

4.3.2 Pemodelan erosion rate dengan software ANSYS

Letak erosi yang terjadi pada impeller pompa material PDM yang didapat dari

pemodelan software ANSYS sesuai dengan Gambar 4.12

Gambar 4.12 Pemodelan erosion rate dengan software ANSYS

48

Erosion rate pada impeller pompa yang didapat dari sistem pemodelan

dengan menggunakan software ANSYS sebesar 2,985 x 10−6kg/m2s sesuai

dengan Gambar 4.12 kemudian dikonversi ke dalam satuan mm/year

seperti berikut:

ER . 1000 . 3600 . 365

= 2,986 𝑥 10−6 𝑥 1000 𝑥 3600 𝑥 24 𝑥 365

7500

= 12,551 mm/year

Kemudian letak erosi yang terjadi pada impeller pompa material Alloy

31 yang didapat dari pemodelan software ANSYS sesuai dengan

Gambar 4.13

Gambar 4.13 Pemodelan erosion rate dengan software ANSYS

Erosion rate pada impeller pompa yang didapat dari sistem pemodelan

dengan menggunakan software ANSYS sebesar 3,034𝑥 10−6kg/m2s sesuai

dengan Gambar 4.12 kemudian dikonversi ke dalam satuan mm/year

seperti berikut:

ER . 1000 . 3600 . 365

= 3,034𝑥 10−6 𝑥 1000 𝑥 3600 𝑥 24 𝑥 365

8050

= 11,885 mm/year

49

Tabel 4. 4 Erosion rate pada material PDM dan Alloy 31

No Material

Laju Erosi

(mm/year)

Manual ANSYS

1 PDM 12,549 12,551

2 Alloy 31 11,073 11,885

Dari Tabel 4.4 menunjukkan perbandingan nilai laju erosi pada material PDM

dan Alloy 31 dengan perhitungan manual dan pemodelan dengan software

ANYS didapatkan nilai perhitungan manual nilai laju erosi material PDM

memiliki nilai laju erosi yang lebih besar dibandingkan dengan material Alloy

31, sedangkan dari pemodelan dengan software ANSYS didapatkan nilai yang

sama yaitu material PDM memiliki nilai laju erosi yang lebih besar

dibandingkan dengan material Alloy 31 dan hampir mendekati perhitungan

manual, ini berarti bahwa material PDM lebih cepat mengalami erosi daripada

material Alloy 31.

4.4 Perhitungan Life Time

Perhitungan life time ditentukan oleh hasil erosion rate karena life time

berbanding terbalik dengan erosion rate itu sendiri. Perhitungan manual life

time tidak ditemukan karena persamaan yang dipakai per partikel hampir tidak

mungkin dihitung secara analitis. Jadi perhitungan life time pada impeller ini

menggunakan modul fluent pada ANSYS. Berikut hasil perhitungan life time

menggunakan ANSYS :

Gambar 4. 14 Perhitungan life time menggunakan ANSYS pada material Alloy 31

50

Dari Gambar 4.14 menunjukkan nilai life time menggunakan software ANSYS

dimana perhitungan manual life time tidak ditemukan karena persamaan yang

dipakai per partikel hampir tidak mungkin dihitung secara analitis maka dari itu

pada modul fluent pada ANSYS dipakai untuk mempermudah mencari nilai life

time, didapatkan nilai life time dari material Alloy 31 selama 5 bulan dilihat dari

hasil running software ANSYS.

Gambar 4.15 Perhitungan life time menggunakan ANSYS pada material PDM

Dari Gambar 4.15 menunjukkan nilai life time menggunakan software ANSYS

dimana perhitungan manual life time tidak ditemukan karena persamaan yang

dipakai per partikel hampir tidak mungkin dihitung secara analitis maka dari itu

pada modul pada ANSYS dipakai untuk mempermudah mencari nilai life time,

didapatkan nilai life time dari material PDM selama 3 bulan dilihat dari hasil

running software ANSYS.

Hasil keseluruhan perhitungan life time berdasarkan modul fluent pada ANSYS

dapat dilihat pada tabel 4.5 :

Tabel 4. 5 Perhitungan life time pada ANSYS untuk material PDM dan Alloy 31

Lifetime

Alloy 31 PDM

5,068 bulan 2,981 bulan

Dari Tabel 4.5 menunjukkan perbedaan nilai life time menggunakan modul

fluent pada software ANSYS pada material Alloy 31 dan PDM. Material PDM

memiliki nilai life time yang lebih kecil yaitu hanya bertahan selama 3 bulan

saja , sama seperti keadaan di lapangan dimana impeller pompa hanya bertahan

51

3 bulan dengan menggunakan material PDM sehingga ditemukan material yang

lebih baik untuk material impeller yaitu menggunakan material Alloy 31.

Berikut tabel keseluruhan yang menjelaskan perbandingan kedua material dapat

dilihat pada tabel 4.6 berikut:

Tabel 4.6 Perbandingan Keseluruhan Material

Tabel 4.6 di atas menjelaskan bahwa material Alloy 31 memiliki tingkat

ketahanan yang lebih baik dari material PDM, karena dilihat dari nilai pengujian

laju korosi, laju erosi dan nilai life time. Berdasarkan hasil pengujian tersebut,

maka kedua material tersebut pemilihan material untuk impeller pompa

sebaiknya menggunakan material Alloy 31 dikarenakan lebih tahan terhadap

korosi dan terbukti lebih baik jika dibandingkan dengan material PDM.

PENGUJIAN 1 PENGUJIAN 2 MANUAL ANSYS MANUAL ANSYS

PDM 0,0052685 mm/year 0,029231 mm/year 12,549 mm/year 12,551 mm/year 5 bulan

ALLOY 31 0,011384 mm/year 0,0083331 mm/year 11,0729 mm/year 11,885 mm/year 3 bulan

MATERIAL

NILAI

LAJU EROSI (mm/year) LIFE TIME

95,58 m/s 95,195 m/s

LAJU KOROSI (mm/year) KECEPATAN (VELOCITY)

52


53

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisis data pada bab sebelumnya, maka dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut:

1. Nilai laju korosi material PDM sebesar 0,01724975 mm/year, sedangkan

material Alloy 31 sebesar 0,00985855 mm/year. Nilai corrosion rate material

PDM lebih besar dibandingkan material Alloy 31 sehingga material PDM

lebih cepat mengalami korosi.

2. Kecepatan impeller pompa sentrifugal yang digunakan untuk mengaliri

fluida berbentuk slurry dengan perhitungan manual adalah sebesar 95,58

m/s, sedangkan menggunakan pemodelan ANSYS adalah sebesar 95,195

m/s. Jadi nilai pada perhitungan manual dan dengan menggunakan software

memiliki nilai yang hampir sama (relevan).

3. Nilai laju erosi material PDM sebesar 12,549 mm/year, sedangkan material

Alloy 31 sebesar 11,0729 mm/year. Nilai erosion rate material PDM lebih

besar dibandingkan material Alloy 31..

4. Nilai life time material Alloy 31 lebih lama dibandingkan material PDM.

Material Alloy 31 mampu bertahan hingga (5,068) 5 bulan, sedangkan

material PDM hanya mampu bertahan sampai dengan (2,981) 3 bulan. Nilai

lifetime ini hampir mendekati kondisi di lapangan dimana impeller pompa

dengan material PDM hanya bertahan 3 bulan.

5.2 Saran

Berdasarkan hasil dari penelitian ini, maka beberapa hal dapat dikemukakan

untuk penelitian selanjutnya sebagai berikut:

1. Pengujian potentiostat dilakukan dengan dua perlakuan berbeda atau dalam

kondisi kecepatan impeller sebenarnya agar mendapatkan hasil yang akurat.

54

2. Metode pengujian sebaiknya lebih divariasikan dengan penambahan

pengujian seperti tensile strength dan hardness test dan sample yang lebih

banyak agar hasil signifikan.

55

DAFTAR PUSTAKA

ANSYS.(2013). ANSYS Fluent Tutorial Guide. U.S.A: ANSYS, Inc.

ASTM G-05.(1999). Standard Reference Test Method for Making Potentiostatic

and Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements

ASTM G-102.(1994). Standard Practice for Calculation of Corrosion Rates and

Related Information from Electrochemical Measurements.

Darto, & Sunada, I. M. (2017). Analisis Kinerja Geometrik Impeller Pompa

Sentrifugal Berbasis Perangkat Lunak. TransmisiI, Vol-XII Edisi-2/ Hal.

87-94 Analisis, 87–96.

DNVGL-RP-0501.(2015). Managing sand production and erosion.

Hariady, S. (2014). ANALISA KERUSAKAN POMPA SENTRIFUGAL 53-

101C WTU SUNGAI GERONG PT . PERTAMINA RU III PLAJU,

2(1), 29–42.

Jones, D. A., & Denny, A. (n.d.). Principles and Prevention of Corrosion.

Ogi, P., & Rachman, N. U. R. (2016). Analisa laju korosi pada, 05(1), 7–13.

Samudra, S. (1998). Dasar Teori Pompa. Semarang, 5–18. Retrieved from

http://eprints.undip.ac.id/41326/3/BAB_II.pdf

Sankar, S. (n.d.). Analysis of Centrifugal Pump Impeller Using. International

Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology,

7(May). https://doi.org/10.15680/IJIRSET.2018.0705025

Wahyu, M. (2018). Pengaruh Fluida Phosporic Acid Slurry Terhadap Laju Korosi

Erosi Pada Material Super Duplex 2507 Dan Hastelloy G-30 Pada Sistem

Perpipaan R-2304 Menuju P-2302-B (Suction) Di Pt. Petro Jordan Abadi

– Gresik. 3rd Conference On Piping Engineering And It’s Application.

56


LAMPIRAN - LAMPIRAN

BIOGRAFI

Nama : Moh. Khoirul Umam M

NRP : 0815040035

Jurusan : Teknik Permesinan Kapal

Program Studi : D4 Teknik Perpipaan

Agama : Islam

Jenis Kelamin : Laki – laki

Alamat Rumah : Jln. Melati No: 19a Pajaglan , Kecamatan Kota ,

Kabupaten Sumenep

Telepon : +6281913601739

Email : [email protected]

Tempat, Tanggal Lahir : Sampang, 08 Sampang 1996

Nama Ayah : Moh. Aminullah (Alm)

Nama Ibu : Zainah Sunaryati

Riwayat Pendidikan

SD : SDN 1 Pajagalan, Kecamatan Kota

SMP : SMPN 1 Sumenep, Kecamatan Kota

SMA : SMAN 1 Sumenep, Kecamatan Kota

Perguruan Tinggi : Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya

mailto:[email protected]

LAMPIRAN A

DATA PROPERTIES FLUIDA

LAMPIRAN B

IMPELLER POMPA SENTRIFUGAL

LAMPIRAN C

DATA MATERIAL PDM

LAMPIRAN D

SIMULATION REPORT ANALISIS

GEOMETRI

Geometri yang digunakan pada simulasi ini terdiri dari tiga part utama yaitu

(1) Rotating region atau daerah yang berputar,

(2) volute yaitu daerah buangan aliran

(3) inlet yaitu daerah masuknya aliran sebagai input dari aliran tersebut. Ketiga part harus dipisahkan

karena terdapat daerah yang statis dan daerah yang harus diputar untuk input data rpm dan

memfasilitasi gerakan berputar.Permodelan geometri dibuat di software Autodesk Inventor kemudian

diexport dalam ekstensi IGES agar kompatibel dengan environment ANSYS Fluent.

Karena terdapat tiga part, maka secara otomatis akan muncul contact regions yang menghubungkan part satu

dengan part lainya yang berfungsi untuk mentransfer data aliran seperti kecepatan, tekanan dll.

MESHING

Meshing atau griding adalah proses konversi domain fluida yang kontinyu menjadi domain komputasi

yang diskrit sehingga dapat diselesaikan solusinya secara numerik, dalam kasus ini metode Computational

Fluid Dynamics (CFD) yang dilakukan dengan bantuan program ANSYS FLUENT. Berikut adalah

setingan-setingan yang digunakan:

• Multizone dan hexdominant: Digunakan untuk membuat mesh dengan tipe hexahedral atau kotak

sehingga diperoleh resolusi visualisasi yang bagus, transfer data antar mesh yang cepat serta penggunaan

jumlah elemen total yang lebih sedikit dibandingkan dengan seting mesh default (tetrahedral).

• Body sizing : digunakan untuk menentukan ukuran secara global yaitu sebesar maksimal 3 mm pada

seluruh domain.

• Inflation : digunakan untuk mesh lokal pada permukaan blade agar diperoleh akurasi perhitungan

tegangan geser dan kecepatan lokal yang tinggi mengingat fenomena erosi sangat dipengaruhi oleh pola

aliran lokal.

HASIL MESHING

Berikut adalah visualisasi hasil mesh dengan setingan-setingan diatas:

SETING KOMPUTASI

Untuk memperoleh solusi-solusi yang diharapkan, diinput setingan-setingan

komputasi sebagai berikut pada program FLUENT:

• Time = Transient (memfasilitasi aliran yang berubah terhadap waktu, untuk kasus ini karena dibutuhkan

gerakan berputar dari blade impeller untuk input data RPM)

• Model = k-omega, SST (model ini paling popular digunakan untuk aliran di sekitar pompa atau

turbin sehingga diperloleh akurasi yang tinggi pada daerah dengan gradasi tekanan yang tinggi seperti

pada sekitar permukaan blade)

• Discrete phase = On (persamaan ini digunakan untuk memfasilitasi fasa-fasa yang diskrit; dalam

kasus ini partikel-partikel erosi sehingga dapat dihitung laju erosi)

interaction with continous phase

erosion/accretion = on

Material = slury water

Boundary conditions :

- mesh motion = 1035 rpm

- inlet = 2,5 m3/min

Seting transient :

- Time step size = 0,0005 s

- Number of time steps = 50

- Max iteration/timestep = 10

Total iterasi = 500

PENGAMBILAN DATA DAN ANALISIS

Distribusi kecepatan

Distribusi tekanan

Plot tegangan geser

Plot streamline

Plot vector

Plot laju erosi

Nilai Life Time

Material PDM

Alloy 31

LAMPIRAN E

ASTM G-102

LAMPIRAN F

DNVGL-RP-O501

LAMPIRAN G

PUMP DATA SHEET

LAMPIRAN H

LEMBAR DAFTAR KEMAJUAN TUGAS AKHIR

LAMPIRAN I

SURAT REKOMENDASI TUGAS AKHIR

LAMPIRAN J

LEMBAR REVISI SIDANG TUGAS AKHIR

tugas akhir - repository.ppns.ac.idrepository.ppns.ac.id/2313/1/0815040035 - moh khoirul umam...

Documents