KOROSI PADA SISTEM PENDINGIN HEAT EXCHANGER

Sistem di heat exchanger

A. LATAR BELAKANG 

           Di dalam dunia industri, korosi merupakan salah satu hal yang sering menimbulkan kendala bagi jalannya proses kerja di lingkungan industri. Korosi banyak menyerang semua peralatan-peralatan pabrik terutama mesin-mesin dan bangunan dari logam. Korosi dapat terjadi pada semua logam , terutama yang berhubungan dengan udara atau cairan yang korosif. Korosi adalah proses degradasi / deteriosasi / perusakan material yang disebabkan oleh pengaruh lingkungan yang bersifat kimia, fisik dan biologis.                  Mesin-mesin yang bersinggungan langsung dengan air atau cairan lain yang korosif akan mudah terserang korosi lebih-lebih jika mesin tersebut berhubungan langsung dengan air secara terus menerus. Seperti halnya pada sistem pendingin yang mana berfungsi sebagai penyuplai air dingin ke mesin-mesin industri seperti kompresor, kondensor dan chiller, air bersirkulasi di dalam sistem pendingin dan terjadi kontak langsung dengan semua komponennya. Akibatnya komponen-komponen tersebut akan mudah terserang korosi. Dalam hal ini yang akan dibahas adalah korosi pada heat exchanger. Definisi heat exchanger, dalam Bahasa Indonesia heat exchanger memiliki arti harfiah alat penukar panas. 

         Namun di sini saya akan tetap menggunakan bahasa aslinya agar tidak terjadi kerancuan lebih lanjut. Pengertian ilmiah dari heat exchanger adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mentransfer energi panas (entalpi) antara dua atau lebih fluida, antara permukaan padat dengan fluida, atau antara partikel padat dengan fluida, pada temperatur yang berbeda serta terjadi kontak termal. Lebih lanjut, heat exchanger dapat pula berfungsi sebagai alat pembuang panas, alat sterilisasi, pasteurisasi, pemisahan campuran, distilisasi (pemurnian, ekstraksi), pembentukan konsentrat, kristalisasi, atau juga untuk mengontrol sebuah proses fluida. 

B. TUJUAN PENULISAN 

         Tujuan penulisan makalah ini, adalah sebagai berikut: 

1. Untuk mengetahui apa itu heat exchanger 

2. Untuk mengetahui fungsi air pada heat exchanger 

3. Untuk mengetahui tentang penyebab korosi dan terbentuknya endapan pada heat exchanger 

4. Untuk mengetahui cara menanggulangi korosi pada heat exchanger 4

C. RUMUSAN MASALAH 

           Rumusan masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Apa pengertian heat exchanger? 2. Bagaimana proses yang terjadi di heat exchanger? 3. Mengapa digunakan air pada heat exchanger? 4. Bagaimana cara terbentuknya kendapan dan korosi pada heat exchanger? 5. Bagaimana solusi agar endapan dan korosi dapat dihilangkan dari heat exchanger? 

D. MANFAAT PENULISAN     

           Manfaat penulisan makalah ini, adalah sebagai berikut: 

1. Sebagai acuan atau referensi bagi mahasiswa yang akan mempelajari tentang korosi pada heat exchanger.

2. Sebagai pemenuhan tugas mata kuliah BKTK & Korosi 

3. Sebagai sarana atau sumber pemberian informasi bagi pembaca tentang korosi pada heat exchanger 

E. METODE PENULISAN 

           Metode yang digunakan dalam penulisan makalah ini adalah metode kepustakaan yakni mengumpulkan data yang diperlukan dari bahan-bahan referensi seperti buku, diktat kuliah, makalah, dan jurnal yang bersangkutan dengan topik yang akan dibahas oleh penulis serta tambahan bahan dari internet. 

I. PENGERTIAN HEAT EXCHANGER

             Definisi heat exchanger, dalam Bahasa Indonesia heat exchanger memiliki arti harfiah alat penukar panas. Namun di sini saya akan tetap menggunakan bahasa aslinya agar tidak terjadi kerancuan lebih lanjut.     

             Pengertian ilmiah dari heat exchanger adalah sebuah alat yang berfungsi untuk mentransfer energi panas (entalpi) antara dua atau lebih fluida, antara permukaan padat dengan fluida, atau antara partikel padat dengan fluida, pada temperatur yang berbeda serta terjadi kontak termal. Lebih lanjut, heat exchanger dapat pula berfungsi sebagai alat pembuang panas, alat sterilisasi, pesteurisasi, pemisahan campuran, distilisasi (pemurnian, ekstraksi), pembentukan konsentrat, kristalisasi, atau juga untuk mengontrol sebuah proses fluida. Satu bagian terpenting dari heat exchanger adalah permukaan kontak panas. Pada permukaan inilah terjadi perpindahan panas dari satu zat ke zat yang lain. Semakin luas bidang kontak total yang dimiliki oleh heat exchanger tersebut, maka akan semakin tinggi nilai efisiensi perpindahan panasnya. Pada kondisi tertentu, ada satu komponen tambahan yang dapat digunakan untuk meningkatkan luas total bidang kontak perpindahan panas ini. Komponen tersebut adalah sirip. 

Gambar Heat Exchanger 

II. AIR PADA HEAT EXCHANGER

             Mengapa Air digunakan dalam sistem pendingin pada Heat Exchanger? karena air adalah molekul unik dengan sifat dasar yang membuatnya ideal untuk aplikasi air pendingin. Misalnya, aman, mudah ditangani, banyak tersedia, dan murah di sebagian besar kawasan di dunia. Air adalah media perpindahan panas yang lebih efisien daripada bahan lainnya, terutama dibanding udara. 

            Air juga sering disebut pelarut universal - properti yang dapat menyebabkan efek samping yang tidak diinginkan untuk aplikasi industri. Air bisa melarutkan banyak zat, termasuk gas seperti oksigen dan karbon dioksida. Akibatnya, air dapat menyebabkan korosi terhadap logam yang digunakan dalam sistem pendingin. Sebagai air yang mempunyai konsentrasi dalam sistem pendingin, ion terlarut dapat melebihi kelarutan beberapa mineral dan skala bentuk. Sifat universal air juga bisa mendorong pertumbuhan bakteri yang bisa merusak permukaan sistem. 

            Masalah ini memerlukan perawatan dan pengendalian yang tepat untuk menjaga nilai sistem air pendingin ke proses yang dilayaninya. Mengapa Sistem Pendingin Air Dibutuhkan? Sebagian besar proses produksi industri membutuhkan air pendingin untuk operasi yang efisien dan tepat. Kilang, pabrik baja, pabrik petrokimia, fasilitas manufaktur, pabrik makanan, bangunan besar, pabrik pengolahan kimia, dan utilitas listrik semuanya mengandalkan sistem air pendingin untuk melakukan tugasnya. Sistem pendingin mengendalikan suhu dan tekanan dengan memindahkan panas dari cairan proses panas ke dalam air pendingin, yang membawa panasnya. Karena ini terjadi, air pendingin akan memanas dan harus didinginkan terlebih dahulu sebelum bisa digunakan kembali atau diganti dengan air makeup segar. 

            Total nilai proses produksi akan dipertahankan hanya jika sistem pendingin dapat mempertahankan suhu dan tekanan proses yang tepat. Desain sistem pendingin, keefektifan dan efisiensi bergantung pada jenis proses yang didinginkan, karakteristik pertimbangan air dan lingkungan. Jumlah volume air yang dibutuhkan sangat besar sehingga kenaikan temperatur relatif kecil sepanjang pipa unit heat exchanger dan kandungan mineral dalam air relatif sama. Pada umumnya air pendingin untuk unit heat exchanger diambil dari berbagai sumber seperti sungai, danau, laut dan sumur. 

III. PROSES TERJADINYA KOROSI PADA HEAT EXCHANGER.

             Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat.   

             Reaksi yang terjadi tidak hanya reaksi kimia namun juga reaksi elektrokimia, karena bahan-bahan yang bersangkutan terjadi perpindahan electron. Reaksi kimia adalah reaksi penggabungan antara unsur-unsur maupun senyawa sederhana membentuk senyawa yang lebih kompleks atau reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana atau menjadi unsur-unsur. Heat excahnger adalah suatu peralatan penting untuk keperluan proses pertukaran panas atau pendinginan udara bagi berbagai industri. 

Gambar Heat Exchanger yang terkorosi 

Penyebab terjadinya korosi pada HE (Heat Exchanger) adalah: 

a. Proses pembentukan endapan / deposit Deposit yang dikatagorikan sebagai kerak (endapan yang terjadi akibat keberadaan garam-garam sadah dan silica) dan fouling (deposi yang disebabkan oleh keberadaan padatan tersuspensi dalam air) serta slime deposit yang diakibatkan oleh mikroorganisme seperti alga dan fungi yang melapisi pipa dan permukaan heat exchanger akan mengkibatkan turunnya kinerja Steam-Condensing Unit dan efisiensi pertukaran panas instalasi c ooling tower. 

b. Karat dan korosi akibat reaksi kimia 

Proses karat dan korosi harus ditekan seminimal mungkin yang bertujuan untuk menekan tingkat kerusakan heat exchanger terutama pada jaringan pipa sekaligus untuk meningkatkan waktu hidup (life cycle).

IV. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI TERJADINYA KOROSI

            Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya korosi yaitu: 

1. PH Semakin asam atau basa pH maka laju korosi akan semakin cepat, sehingga air dalam sistem pendingin dikontrol agar pH sekitar pH netral yaitu tujuh koma lima sampai delapan koma lima (7,5 – 8,5). 2. Temperature Temperatur mempengaruhi kecepatan reaksi redoks pada peristiwa korosi. Secara umum, semakin tinggi temperatur maka semakin cepat terjadinya korosi. Hal ini disebabkan dengan meningkatnya temperatur maka meningkat pula energi kinetik partikel sehingga kemungkinan terjadinya tumbukan efektif pada reaksi redoks semakin besar dan laju korosi pada logam semakin meningkat. 

3. Partikel padat dan system deposit Banyaknya partikel padat atau mineral-mineral yang terkandung di dalam air bertendensi menyebabkan terbentuknya deposit. Deposit yang keras dan melekat kuat dipermukaan logam disebabkan oleh konsentrasi mineral-mineral nyang melebihi batas kelarutannya. Dari adanya deposit maka di daerah bawah deposit akan mudah terbentuk korosi (korosi di bawah deposit / under deposit corrosion). 

4. Kecepatan aliran air Kecepatan aliran air yang tinggi diatas kecepatan kritisnya di dalam pipa berpotensi menimbulkan korosi. Kerusakan permukaan logam yang disebabkan oleh aliran fluida yang sangat deras itu yang disebut erosi. Proses erosi dipercepat oleh kandungan partikel padat dalam fluida yang mengalir tersebut atau oleh adanya gelembung-gelembung gas. Dengan rusaknya permukaan logam, rusak pula lapisan film pelindung sehingga memudahkan terjadinya korosi . Kalau hal ini terjadi maka proses ini disebut karat erosi. 

5. pertumbuhan mikro organisme

Secara teoritis apabila tidak terdapat zat asam, maka laju korosi pada baja relatif lambat, namun pada kondisi-kondisi tertentu ternyata laju korosinya justru tinggi sekali. Setelah diselidiki ternyata di daerah tersebut hidup sejenis bakteri anaerobic yang hanya bertahan dalam kondisi 

tanpa zat asam. Bakteri ini mengubah (reducing) garam sulfat menjadi asam yang reaktif dan menyebabkan korosi.

V. KOMPONEN HEAT EXCHANGER YANG BIASANYA TERKOROSI

             Sistem pada heat exchanger bekerja berdasarkan perpindahan panas antara udara dan air. Di dalamnya terjadi suatu siklus panas dan dingin. Air yang telah didinginkan oleh cooling tower dipompa dan didistribusikan ke mesin-mesin industri seperti kompresor, kondensor dan chiller untuk mendinginkan fluida kerjanya. 

             Air panas yang keluar dari penukar kalor mesin-mesin tersebur selanjutnya kembali lagi ke cooling tower untuk didinginkan lagi hingga seterusnya. Karena permukaan heat exchanger ini selalu kontak dengan air maka korosi yang terbentuk sering dikatakan sebagai korosi dalam air. Semua air dapat jadi penyebab korosi karena air dapat berfungsi sebagai pereaksi, katalisator, sebagai pelarut, maupun sebagai elektrolit untuk terjadinya korosi pada logam. Tetapi korosivitas dari masing-masing air ini akan berlainan terhadap logam yang sama karena agresivitas berbeda disebabkan mempunyai komposisi zat terlarut yang tidak sama. 

             Komponen-komponen dari cooling system yang biasa terserang korosi adalah sebagai berikut: a. Pipa dan pipa pompa b. Pipa masuk after cooler kompresor c. Katup-katup, elbow, dan sambungan sambungan pipa Gambar perbedaan Heat exchanger yang belum terkorosi dan sudah terkorosi 

VII. JENIS KOROSI PADA HEAT EXCHANGER

a) General Korosi Atmosfer ( General corrosion )

Jenis korosi ini terjadi akibat proses elektrokimia antara dua bagian benda padat khususnya logam besi yang berbeda potensial dan langsung berhubungan dengan udar terbuka. di udara, perbedaan struktur molecular dari material logam itu sendiri, serta perbedaan tegangan di dalam bagian-bagian logam besi tersebut. Secara alami hal-hal tersebut menimbulkan perbedaan potensial antara bagian-bagian, perbedaan potensial ini menyebabkan sebagian dari logam bersifat katodis, yakni kotoran , oksida, dan struktur molecular yang katodis, serta bagian yang anodis, yakni bagian metal besi yang murni. 

b) Korosi Galvanis.

Korosi galvanis berprinsip reaksi sebagaimana halnya sel galvanis. Korosi galvanis merupakan proses pengkorosian elektrokimiawi jika dua macam logam yang berbeda potensial dihubungkan langsung di dalam elektrolit yang sama. 

c) Korosi Erosi (Errosion corrosion).

Erosi adalah kerusakan permukaan metal yang disebabkan oleh aliran fluida yang sangat deras. aliran fluida di permukaan logam yang sebetulnya halus. Adanya celah yang memungkinkan fluida mengalir di luar aliran utama. Adanya produk korosi atau endapan lain yang dapat mengganggu aliran laminar. 

d) Korosi Sumuran (Pitting corrosion).

Bentuknya ada yang merata di seluruh permukaan metal, ada yang terisolir (isolated), namun keseluruhannya berada dalam lingkungan yang cair atau basah, hal ini dikarenakan sumuran tersebut sebagai akibat proses elektrokimia yang terkonsentrasi pada suatu lokasi secara berkesinambungan. Secara umum karat ini memiliki ciri-ciri anoda sangat kecil dan sering terjadi dibawah deposit atau titik lemah. 

e) Korosi kavitasi.

Apabila karena tingginya kecepatan cairan menciptakan daerah-daerah bertekanan tinggi dan rendah secara berulang-ulang pada permukaan peralatan dimana cairan tersebut mengalir, maka terjadilah gelembung –gelembung uap cairan pada permukaan tersebut, yang apabila pecah kembali menjadi cairan yang menimbulkan pukulan pada permukaan yang cukup besar untuk memecahkan film oksida pelindung permukaan tadi.

VII. EFEK YANG DITIMBULKAN OLEH ADANYA KOROSI

 - Merusak logam dari cooling system. 

 - Korosi menghasilkan deposit dalam penukar kalor. 

 - Efisiensi perpindahan panas berkurang oleh adanya deposit. 

 - Kebocoran pada perlengkapan maupun peralatan. 

 - Terjadi kontaminasi pada proses dan airnya sendiri. 

VIII. PENANGGULANGAN KOROSI PADA HEAT EXCHANGER

             Mengapa Pencegahan dan Pengendalian Penting karena pada Operasi sistem pendingin, khususnya heat exchanger, karena secara langsung dapat mempengaruhi keandalan, efisiensi, dan biaya setiap proses industri, kelembagaan, atau kekuatan. Pemantauan dan pemeliharaan pengendalian korosi, pengendapan, pertumbuhan mikroba, dan operasi sistem sangat penting untuk memberikan Total Cost of Operation (TCO) optimal. 

             Penanggulangan pencegahan korosi pada system pendingin industri dilakukan dengan pemilihan material logam, jenis dan dosis inhibitor korosi dan anti kerak yang memadai (treatment air). Penerapan pengelolaan (treatment) Air untuk Pencegahan Korosi Pada Pipa Aliran Sistem Pendingin Di Instalasi Radiometalurgi. Sistem heat exchanger ruangan di gedung Instalasi Radiometalurgi (IRM) dipasok oleh Central Air Conditioning System (CAS) yang menggunakan air sebagai media pendingin dengan sistem sirkulasi tertutup.   

             Pengelolaan (treatment) terhadap air dingin dalam pipa sirkulasi bertujuan untuk mencegah agar tidak terjadi kebocoran akibat korosi dan pengotor. Treatment dilakukan dengan cara mencampurkan zat kimia yang disebut Scale and Corrosion Inhibitor ke dalam sistem aliran air dingin sehingga terjadi reaksi kimia yang dapat mengikat unsur unsur pemicu terjadinya korosi pada pipa aliran serta membentuk fouling dan scaling yang sekaligus melapisi permukaan dalam pipa. Terikatnya secara kimia impuriti yang terbawa dalam aliran dengan berat jenis lebih berat dari air akan mengendap pada jalur pipa pengendapan. Dapat disimpulkan bahwa dengan mengendalikan fouling dan scaling serta pengotor lainnya maka pH air akan meningkat diatas 8,5, sehingga air tidak lagi bersifat korosif. 

             
Berikut adalah beberapa jenis zat inhibitor yang biasa di gunakan untuk mengatasi masalah korosi pada heat exchanger: 

1. Passivating inhibitor Passivating inhibitor adalah jenis inhibitor yang paling efektif dari seluruh jenis inhibitor lainnya karena dapat melumpuhkan pengkaratan hampir secara menyeluruh , namun jenis inhibitor ini disebut sebagai inhibitor yang berbahaya, karena dalam kondisi tertentu justru akan mempercepat pengkaratan. 

2. Inhibitor katodik

Ialah zat-zat yang dapat menghambat terjadinya reaksi di katoda. Pelambatan karat ( inhibition ) dengan mempolarisasi reaksi katodik. Inhibitor bereaksi dengan ion hidroksil untuk mengendapkan senyawa-senyawa tidak dapat larut ke permukaan katoda Inhibitor katodik ada

kecenderungan tidak efisien walaupun tidak berbahaya pada logam , tapi jelas kurang memperbaiki ketahanan pada korosi. 

3. Inhibitor anodik Inhibitor ini akan diadsorbsi pada bagian yang anodik dan akan menahan terjadinya korosi pada yang anodik. Karena korosi terjadinya pada anoda, maka penggunaan inhibitor anoda ini sangat efisien. Hanya ada bahayanya yaitu bila inhibitor tidak menutupi seluruh anoda, akan memperluas daerah katoda. 

4. Inhibitor Adsorpsi Jenis inhibitor adsorpsi adalah merupakan kelompok yang terbesar. Terutama zat organik dan koloid-koloid yang dapat membentuk lapisan film pada permukaan logam. 

5. Inhibitor organik Senyawa organik banyak yang bersifat menghambat proses pengkaratan yang tidak dapat digolongkan sebagai bersifat katodik atau anodik. Secara umum dapat dikatakan bahwa zat ini mempengaruhi seluruh permukaan metal yang sedang berkarat apabila diberikan dalam konsentrasi secukupnya.

IX, KESIMPULAN 

             Korosi merupakan salah satu hal yang sering menimbulkan kendala bagi jalannya proses kerja di lingkungan industri. Korosi merupakan suatu proses elektrokimia dimana atom-atom akan bereaksi dengan zat asam dan membentuk ion-ion positif (kation). Hal ini menyebabakan timbulnya aliran-aliran elektron dari suatu tempat ke tempat yang lain pada permukaan metal. Korosi banyak menyerang semua peralatan-peralatan pabrik terutama mesin-mesin dan bangunan dari logam. 

             Korosi dapat terjadi pada semua logam, terutama yang berhubungan dengan udara atau cairan yang korosif. Mesin-mesin yang bersinggungan langsung dengan air atau cairan lain yang korosif akan mudah terserang korosi lebih-lebih jika mesin tersebut berhubungan langsung dengan air secara terus menerus. Seperi halnya pada heat exchanger yang mana berfungsi sebagai penyuplai air dingin ke mesin-mesin industri seperti kompresor, kondensor dan chiller, air bersirkulasi di dalam sistem pendingin dan terjadi kontak langsung dengan semua komponennya. Akibatnya komponen-komponen tersebut akan mudah terserang korosi. 

             Masalah klasik yang dihadapi sistem instalasi pendingin udara menggunakan media air adalah: 

1) Proses pembentukan endapan baik berupa kerak (scale) maupun fouling 

2) Proses korosi yang disebabkan oleh reaksi kimia 

3) Masalah endapan dan korosi secara biologi (Biological deposition and Corrotion) akibat keberadaan mikroorganisme dalam sistem cooling tower. 

Korosi yang terjadi pada heat exchanger umumnya disebabkan oleh : 

a. Tingginya kandungan oksigen dalam air 

b. PH air yang tidak terkontrol

c. Tingginya kandungan ion OH- dalam air (Alkaline embrittlement) 

d. Akibat samping dari timbulnya deposit dan kerak        

              Cara menghilangkan korosi dan pengendalian kerak pada heat exchanger adalah dengan: pemilihan material logam, jenis dan dosis inhibitor korosi dan anti kerak yang memadai, maka masalah korosi dan kerak pada unit heat exchanger dapat diatasi, penghematan material logam, penurunan biaya pemeliharaan dan produktivitas berjalan dengan lancar. 

DAFTAR PUSTAKA

Ecolab Company. 2016. Cooling WaterTraining Program I.. Jakarta; Nalco Water Malau, Daniel. 1999. Pengendalian korosi dan pembentukna kerak pada unit heat exchanger.. LIPI. Tangerang : PUSPIPTEK Sinaga, Marungkil. 2015. Korosi Pada Sistem Pendingin Industri Minyak Bumi. Jakarta : Universitas Indonesia.

Disusun oleh:

Khairul Hakim 

Nataniel 

Nia Widyaningsih 

Putri Eka Sari 

*Ilmu tanpa amal, bagaikan pohon tanpa Buah.. maka berbagilah.. 😊