Sains, Teknologi dan Ekonomi Bisnis

 Berikut arti simbol-simbol:

• Bentuk Cylinder Shell (badan tabung tutup datar) dengan 2 failure yaitu: (i) stress melingkar/sambungan longitudinal; (ii) stress longitudinal/sambungan melingkar

• Bentuk Spherical Shell (badan bundar) atau hemispherical head (bagian atas kubah setengah bundar)

• Bentuk Torispherical Head

Referensi:

[1] API 510. (2003). Pressure Vessel Inspection Code: Maintenance Inspection, Rating, Repair, and Alteration

[2] API 570. (2006). Inspection, Repair, Alteration, and Rerating of In-Service Piping Systems

[3] API 580. (2009). Risk-Based Inspection

Material tembaga (Cu) memiliki sifat properties yang baik sebagai heat-exchanger seperti thermal conductivity yang sangat baik dibawah silver/perak (Ag). Material Cu based yang umumnya dikenal di lapangan seperti brass/kuningan (CuZn-Al) atau bronze/perunggu (CuSn) dan di PLTU penggunaan material Cu banyak digunakan di heat-exchanger seperti condenser, oil cooler, radiator dan lain-lain dimana fluida yang mengalir didesain air sungai atau air demineralisasi dengan sifat low conductivity dan tidak korosif. Pertimbangan pemakaian material Cu based ini dibandingkan lainnya, dimana pada umumnya tube condenser PLTU terbuat dari titanium (Ti) adalah karena material Cu memiliki thermal conductivity yang tinggi sehingga transfer panas lebih maksimal (efisiensi pertukaran panas tinggi), dengan dimensi yang minim (size dan jumlah) maka bisa sebanding dengan material lain dengan desain size dan jumlah yang besar. Dari beberapa kelebihan tersebut, juga terdapat kelemahan dari material Cu based seperti tidak tahan korosif (pH, air laut/salinitas), mudah leaching lapisan Cu₂O oleh larutan ammonia (NH₃), amine (NH₂) dan nitrate (NO₂), tidak tahan abrasif karena low strength dan low hardness. (Schweitzer, 2010)

Berikut kutipan dari handbook Schweitzer (2010) sebagai berikut:

1. Stress-Relief Heat Treatment
2. Menjauhi kontak dengan ammonia (NH₃) yang juga didukung dengan dissolved oxygen (DO) yang cukup tinggi karena kehadirannya sedikit saja bisa menyebabkan cracking
3. Menambahkan cathodic protection.
4. Menggunakan inhibitor H₂S

Terdapat 4 tipe SCC yaitu: (Ahmad, 2006)

1.    Chloride SCC, disebabkan oleh hadirnya salinitas air laut/garam yang didukung dengan oksigen cukup pada temperatur tinggi

2.    Caustic SCC, disebabkan oleh kondisi basa (pH tinggi)

3.    Sulphide SCC, disebabkan oleh kontaminan hydrogen sulphide (H₂S)

4.    Seasonal Cracking, ini istilah yang umum digunakan oleh SCC di brass/kuningan/CuZn-Al/Cu based karena cemaran ammonia (NH₃)

Berikut senyawa kimia yang bisa menyababkan material Cu based mengalami SCC: (Ahmad, 2006) (Caesarvery, 2021)

·   Ammonia (NH₃), kehadirannya melarutkan protective layer material Cu based yaitu Cu₂O dan terlebih ketika terdapat dissolved oxygen (DO) maka ammonia sangat merusak (destructive) permukaan Cu yang bisa memperparah SCC

·   Hydrogen sulphide (H₂S)

·   SO₂ yang didukung moisture (basah) sehingga mudah terbentuk SO₃ dan H₂SO₄

·   Asam Nitrat (HNO₃)

·   Amine (NH₂)

Berdasarkan handbook Revie (2011) berikut kutipannya:

Berdasarkan Revie (2011) tersebut didapatkan informasi bahwa ammonia (NH₃) yang berasal dari dekomposisi hydrazine (N₂H₄) mempercepat korosi pada Cu alloy. Ketahanan material Cu alloy contohnya brass/kuningan (CuZn) terhadap SCC pada range pH 7.3-11.3.

Terdapat 3 faktor utama yang menyebabkan ammonia (NH₃) mengalami SCC pada material Cu alloy: (Revie, 2011) (Caesarvery, 2021)

1. Korosi pada lapisan film (Cu₂O) yang mengurangi fungsi anodik
2. Terlarutnya Zn anodic pada grain boundaries
3. Stabilisasi dari valensi Cu

Berdasarkan handbook Revie (2011) tersebut didapatkan informasi sebagai berikut:

• Penambahan 5-40% nickel (Ni) meningkatkan mechanical properties seiring peningkatan temperatur seperti tahan korosi pada lingkungan brackish/payau dan sea water/air laut
• Cupro/Cupper-Nickel (CuNi) lebih stabil daripada brass/kuningan (CuZn) pada aliran yang mengalir dan SCC. CuNi lebih baik daripada CuZn pada polllutant water
• Penambahan unsur iron/besi (Fe) pada CuNi membentuk pembentukan protective layer untuk menciptakan ketahanan terhadap air laut
• Copper tidak cocok digunakan untuk aliran yang mengalir kencang karena bersifat low hardness dan low strength
• 60 Cu-40 Zn (kuningan) cocok digunakan untuk operasi temperatur rendah dengan fluida air sungai, danau dan tanah. CuZn tahan terhadap hydrogen sulphide (H₂S). Penambahan unsur timbal/lead (Pb) cocok digunakan untuk HE/condenser yang berpendingin air laut/sea water
• Penambahan unsur Al pada brass/kuningan/76 Cu-22 Zn-2 Al membantu pembentukan protective layer untuk ketahanan terhadap mechanical destructive (abrasif). Penambahan unsur arsenik (As) digunakan untuk membuat ketahanan brass pada pollutant water, brackish dan sea water

Berdasarkan Standard EPRI (2004) sebagai berikut:

Berdasarkan Standar EPRI (2004) didapatkan informasi sebagai berikut:

• Hydrazine (N₂H₄) tepatnya digunakan tanpa aditif atau ketika ada maka digunakan amine
• Aplikasi hydrazine dijaga pada range pH 8.5-9.6 untuk cupper alloy dan untuk all-ferrous alloy 8.5-10.5
• pH control bisa menggunakan sodium hydroxide (NaOH) untuk material all-ferrous namun untuk cupper alloy digunakan azoles untuk corrosion protection. Macam-macam azoles sebagai berikut:

1.    Tolyltriazole (TTA)

2.    Benzotriazole (BZT)

3.    Mercaptobenzothiazole (MBT)

Berdasarkan Standard EPRI (1985) sebagai berikut:

Berdasarkan Standard EPRI (2001) sebagai berikut:

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2022). Analisa Ketahanan Material Cu Based (Brass-CuZn atau CuZnAl). Properties, Korosi dan Material Substitusi. www.caesarvery.com

Referensi:

[1] Revie, R.W., and Uhlig, H.H. (2008). Handbook Corrosion and Corrosion Control, An Intoroduction to Corrosion Science and Engineering.  Fourth Edition, John Wiley & Sons

[2] Revie, R.W. (2011). Handbook Uhlig's Corrosion, Third Edition. John Willey & Sons

[3] Ahmad, Z. (2006). Handbook Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control. Elsevier

[4] Schweitzer, P.A. (2010). Handbook of Fundamentals of Corrosion Mechanisms, Causes, and Preventative Methods. CRC Press. London & New York

Material konstruksi yang umumnya kita temui seperti jembatan, tiang listrik, rangka bangunan, peralatan di industri/PLTU dan masih banyak lagi lainnya pada umumnya adalah iron-steel (FeC) atau baja carbon atau carbon steel. Pada proses casting-nya material tersebut ditambahkan sedikit aditif unsur untuk memperbaiki sifat properties-nya. Detail bisa dibaca di: Mechanical Properties Unsur Logam (Metallurgy).

Proses korosi pada besi terjadi karena pada larutan yang bersifat anodik (sebagai tanda nilai bilangan oksidasi besi mengalami kenaikan) terdapat reaksi pelepasan elektron (kodrat semua unsur untuk mencapai keadaan stabil/mencari peasangan), berikut reaksinya: (Revie and Uhlig, 2008)

Fe ---> Fe²⁺ + 2e

Area yang anodik tersebut bisa dihambat dengan adanya anoda tumbal (sacrificial anode) atau injeksi arus (impressed current) sehingga besi sebagai material dasar digantikan fungsi anoda-nya oleh logam yang mudah teroksidasi (reduktor kuat) atau aliran elektron digantikan oleh fungsi injeksi arus sehingga tidak ada elektron yang hilang dari besi.

Sedangkan area cathodic (sebagai tanda terdapat pengurangan bilangan oksidasi), ditempati oleh media yang bisa menghantarkan arus elektron seperti kelembapan/air/elektrolit. Berikut reaksinya:

H⁺ + e ---> ½ H₂

Reaksi katodik (reduksi) dipercepat pada pH asam dan diperlambat pada pH basa atau netral. Cathodic reaction juga bisa dipercepat dengan adanya dissolved oxygen (DO) yang dikenal dengan istilah "Depolarization" seperti reaksi berikut:

2 H⁺ + ½ O₂  + 2e---> H₂O

Dengan adanya pendukung lingkungan yang lengkap seperti moisture dan oxygen atmosfer maka permukaan besi akan bereaksi sebagai berikut:

Fe + H₂O + ½ O₂ ---> Fe(OH)₂

Warna Fe(OH)₂ adalah putih dan terkadang juga berwarna hijau atau hijau kehitaman yang disebabkan reaksi oksidasi lanjutan dengan oxygen. Fe(OH)₂ ini masih belum tergolong karat masih sedimen/deposit pengotor permukaan iron. Ketika masih terdapat moisture dan excess oxygen maka akan lanjut bereaksi sebagai berikut:

Fe(OH)₂  +  ½ H₂O + ¼ O₂ ---> Fe(OH)₃

Warna Fe(OH)₃ adalah orange atau merah kecoklat-coklatan yang sudah tergolong karat (rust) dan lebih lanjut tergolong menjadi 2 yaitu non-magnetic disebut hematite (Fe₂O₃) warna kemerahan dan magnetic (Fe₃O₄) warna kehitaman. Detail bisa dbaca di: Analisa kerak (Scale & Deposit) pada Boiler Turbine Condenser

Referensi:

[1] Revie, R.W., and Uhlig, H.H. (2008). Handbook Corrosion and Corrosion Control, An Intoroduction to Corrosion Science and Engineering.  Fourth Edition, John Wiley & Sons

Transformator merupakan komponen vital dalam industri kelistrikan dan hampir semua industri memiliki trafo untuk mengatur tegangan. Dari bidang kimia terdapat beberapa uji dalam predictive maintenance (PdM) yang secara rutin dilakukan seperti uji Dissolved gas Analysis (DGA) atau gas terlarut, Break Down Voltage (BDV) atau tegangan tembus dan Furan atau senyawa aromatik. Dari 3 uji kimia tersebut, terdapat kesinambungan dan keterkaitan analisa yang bisa digunakan untuk judgment assesment, treatment atau overhaul trafo yang bisa digunakan oleh bidang elektrik melakukan tindakan lebih lanjut.

Transformator sendiri terdiri dari beberapa bagian penting, bisa dibaca di artikel: Bagian-Bagian dari Trafo Arus Kuat 3 Fase. Bagian yang akan menjadi perhatian khusus pada 3 uji kimia adalah oli, insulation paper selulosa, silica gel, fan/radiator dan konservator. Berikut penjelasan terkait hubungan antara 3 uji kimia di trafo:

• Uji DGA digunakan untuk mengetahui detail AKIBAT yang ditimbulkan oleh pemanasan oil trafo dengan indikator pembacaan DGA adalah: (i) senyawa hydrocarbon rantai 1 (alkana), rantai 2 (alkena) dan rantai 3 (alkuna) sebagai akibat degradasi/pemutusan ikatan rantai hydrocarbon karena pemanasan, detai bisa dibaca di: Proses Pembentukan Gas-Gas Terlarut di Minyak Trafo; (ii) senyawa CO dan CO₂ sebagai indikator degradasi selulosa paper yang berbahan dasar nabati/bubur kertas; (iii) senyawa H₂O sebagai indikator reaksi samping pembentukan gas hydrocarbon hasil degradasi oil trafo atau reaksi oil trafo dengan udara atmosfer. Nilai DGA semakin rendah semakin baik dan judgment awal ketika hasil DGA abnormal adalah purifikasi oil untuk meminimalisir gas hydrocarbon, karena gas ini mudah terbakar dan bisa menyebabkan trafo meledak.
• Uji BDV digunakan untuk mengetahui SEBAB mengapa gas hydrocarbon,  CO dan CO₂ bisa muncul yang mengindikasikan fungsi oil trafo sebagai insulation sudah menurun. Perlu diketahui bahwa fungsi oil trafo sebagai berikut: (i) peredam panas/pendingin; (ii) isolasi antar bagian dalam trafo; (iii) peredam getaran medan magnet; dan (iv) pelumas khususnya On Load Tap Changer (OLTC). Ketika fungsi oil tersebut berkurang maka tegangan bisa tembus (SEBAB) yang mengakibatkan overheating pada oil terjadi dan terbentuklah gas hydrocarbon diawal (AKIBAT 1) dan kemudian perlahan selulosa paper terdegradasi (AKIBAT 2). Nilai BDV semakin tinggi semakin baik dengan artian oil tidak mudah ditembus oleh tegangan. Judgment individu ketika hanya uji BDV abnormal tanpa DGA adalah melakukan purifikasi dengan harapan bahwa nilai BDV rendah karena kontaminan seperti air sedangkan judgment ketika abnormal uji untuk BDV + DGA adalah purifikasi disertai make-up oil atau mengganti beberapa %volume oil. Ketika rekomendasi tersebut belum membuahkan hasil (artian kualitas oil tetap buruk) maka harus melakukan uji furan
• Ketika 2 uji kimia meng-konfirmasi ketidaknormalan maka judgment awal adalah fungsi oil sebagai insulation menurun sehingga mengakibatkan overehating didalam trafo yang siiring berjalannya waktu akan mengikis selulosa paper.
• Furan test digunakan di akhir sebagai konfirmasi, apakah dengan adanya fungsi oil yang menurun tadi sudah memperparah selulosa paper rusak. Furan menghasilkan beberapa senyawa aromatik yang menyusun selulosa/bubur kertas sehingga dengan mengetahui kuantitas senyawa pada oil bisa digunakan untuk mengetahui tingkat degradasi yang terjadi. Furan inilah judgment akhir untuk memutuskan apakah oil trafo perlu diganti atau tidak bahkan bisa digunakan untuk replace trafo.

Oil Lubricating (pelumas oli) memiliki peran vital dalam melumasi antar 2 permukaan yang bergesekan. Berikut peran oil lubricating:

1. Pelumas, peminimalisir gesekan & keausan
2. Pendingin, penyalur panas keluar dari komponen yang bergesekan
3. Pembersih, pembilas ruang yang bergesekan dari kotoran seperti carbon, sludge & varnish
4. Pelindung, pencegah kerusakan material akibat oksidasi dan korosi
5. Pemindah tenaga & panas
6. Perapat, pencegah kebocoran

 Perbandingan material yang bisa digunakan di pipa air laut (sea water pipe) sebagai berikut:

Kesimpulan: 

1. Urutan kelayakan: HDPE – SS316L – SS 316
2. HDPE lebih layak karena tingkat fleksibilitas terhadap kontur dan ketahanan korosi-erosi air laut serta ketahanan SS ada batasnya terhadap serangan Cl^-
3. SS 316L lebih layak dibandingkan SS 316 karena kehadiran Mo dan Ni lebih besar
4. SS 316L/SS 316 lebih layak dibandingkan karena kehadiran Mo yang tidak dimiliki SS 304L/SS 304

Berdasarkan Schweitzer, P.A. (2010) sebagai berikut:

Berikut kutipan dari handbook Revie & Uhlig (2008):

Kutip Artikel ini Seabagai Referensi (Citation):

Feriyanto, Y.E. (2021). Perbandingan Material Antara SS 316, SS 316L, SS 304, SS 304L dan HDPE untuk Pipa Air Laut. www.caesarvery.com. Surabaya

Referensi:

[1] Schweitzer, P.A. (2010). Handbook of Fundamentals of Corrosion Mechanisms, Causes, and Preventative Methods. CRC Press. London & New York

[2] Revie, R.W., and Uhlig, H.H. (2008). Handbook Corrosion and Corrosion Control, An Intoroduction to Corrosion Science and Engineering.  Fourth Edition, John Wiley & Sons