1. Pengertian Housing

Gear reducer adalah bagian terpenting dari Heavy Duty Pumping unit, gear reducer

menghasilkan torsi yang kecil untuk menghailkan output yang besar. Berat dari motor dan

reducer serta pergerakan dari mesin dan komponen dalam gear akan menyebabkan getaran serta

menghasilkan tegangan yang besar pada interface gear dan motor.

Untuk meminimalisir dampak tegangan dari getaran terhadap bagian pumping lainnya, desain

dari gear reducer harus dilengkapi dengan komponen yang memiliki kemampuan untuk

mengurangi dampak tersebut. Salah satunya adalah komponen Housing Gear Reducer yang

didesain untuk menutupi bagian dalam dari komponen serta memiliki fungsi peredam getaran

dan explotion proof dari gear reducer.

2. Fungsi Housing

Sebagai komponen dari gear reducer, housing material harus memiliki minimal beberapa

fungsi terkait aplikasi dan desainnya, diantaranya adalah :

1. Proteksi

Desain housing yang menutupi bagian dalam gear reducer memilki fungsi perlindungan

dari bahaya lingkungan luar yang korosif dan potensi ledakan semburan api dari

tumpahan minyak dan perlindungan untuk menahan beban tekanan dari proses kerja di

dalam gear.

2. Penyangga

Desain housing memiliki beberapa part yang digunakan sebagai penyangga dari

assembling komponen lainnya, sebagai keseluruhan dari main assembly gear reducer.

3. Explotion proof

Pemilihan material gear reducer harus memiliki kemampuan menahan potensi beban

ledakan agar tidak terjadi kerusakan yang parah terhadap unit pumping atau lingkungan

sekitar.

4. Peredam Getar

Pemilihan material gear reducer harus memiliki kemampuan menyerap getaran yang baik

untuk mengurangi dampak vibrous cycle terhadap potensi fatique atau kerusakan

komponen lainnya.

3. Lingkungan Operasi

Eksplorasi tambang minyak di daratan memiliki potensi yang berbahaya terhadap

lingkungan dan alat operasi itu sendiri. Operasi pertambangan yang dilakukan pada area terbuka

sangat rentan terjadinya akumulasi senyawa- senyawa korosif seperti H2, H2O, CO2, dan Sulfur

pada benda kerja sehingga menyebabkan terjadinya korosi.

Selain potensi korosi pada benda kerja, potensi ledakan dan kebakaran pada area

pertambangan juga rentan terjadi, disebabkan oleh beberapa hal seperti bahaya reaktifitas akibat

ketidakstabilan atau kemudahan terurai yang bereaksi dengan zat lain atau terpolimerisasi yang

bersifat eksotermik sehingga eksplosif atau reaktivitasnya terhadap gas lain menghasilkan gas

beracun.

Akumulasi gas-gas yang tertahan dalam eksplorasi lepas pantai dapat mengalami suatu

getaran hebat, yang diakibatkan oleh berbagai hal, seperti gerakan roda-roda mesin, tiupan angin

dari kompresor dan sejenisnya, sehingga gas itu terangkat ke udara (beterbangan) dan kemudian

membentuk awan gas dalam kondisi batas ledak (explosive limit) dan ketika itu ada sulutan api,

maka akan terjadi ledakan yang diiringi oleh kebakaran

4. Desain Housing

Pada komponen Housing Gear Reducer menggunakan dua tipe penutup, yaitu Upper

Housing dan Lower Housing.

5. Pemilihan Material

Material yang digunakan pada kedua jenis Housing tersebut adalah sama yaitu Grey Cast

iron ASTM A48 class 40. Penggunaan Grey Cast iron sebagai Housing Gear Reducer karena

memiliki beberapa kelebihan, yaitu :

1. Struktur yang rigid

2. Kekuatan tekanan besar

3. Rasio kekuatan terhadap berat yang bagus

4. High machinability

5. Corrosion resistance

6. Menyerap suara dan getaran atau Damping capacity

7. Mudah diCor

8. Harga Murah

6. Komposisi

Komposisi dari Gray Cast Iron ASTM A48 clas 40 adalah sebagai berikut :

C Cr Cu Mo Mn Ni P Si S

3.25-

3.5

0.050-

0.45

0.15-

0.40

0.050-

0.1

0.50-

0.90

0.50-

0.20

≤0.12 1.8- 2.3 0.15

7. Mikrostruktur

Penggunaan material berbasis besi tuang cor sebagai explotion proof karena memiliki

kekuatan tekanan yang tinggi saat mengalami beban ledakan, namun memiliki low tensile

strength dan poor ductility, yang disebabkan oleh graphite yang berbentuk flakes sehingga

material bersifat brittle. Mikrostruktur yang terdiri dari pearlite dan grafit yang berbentuk flakes

tersebut memiliki kelebihan sebagai penyerap getaran pada saat material menerima getaran dari

mesin.

8. Mechanical Properties

Gray Cast Iron ASTM A48 class 40 memiliki kekerasan 183- 234 HB, dan memiliki

tensile strength 275 N/mm2. Mechanical properties dari Gray cast iron bergantung terhadap laju

pendinginan saat dan setelah solidifikasi, komposisi kimia, serta desain casting. Secara mekanik

gray cast iron sangat lemah dan brittle dikarenakan mikrostruktur yang mempunyai serpihan

grafit yang merupakan titik stress concentration saat terjadi pembebanan.

Sebagai fungsi explotion proof, mechanical properties yang diharapkan dari material

tersebut adalah mempunyai ductility yang tinggi untuk meminimalisir dampak patahan yang

akan terjadi pada material sehingga potensi bahaya sedikit berkurang, namun sifat dari grey cast

iron yang sangat brittle, potensi ledakan yang terjadi di dalam mesin atau tekanan dari luar

diatisipasi oleh sifatnya yang memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang baik.

Kekerasan dan ductility yang tidak terlalu bagus ditambah harganya yang relatif murah

membuat gray cast iron ASTM A48 class 40 dipilih sebagai Housing Gear Reducer, namun

penggunaan Gray Cast Iron ASTM A48 class 40 pada komponen Housing lebih diutamakan

kerap dipilih karena mempunyai daya serap yang tinggi terhadap getaran. Kemampuan Gray

Cast Iron untuk meyerap getaran banyak digunakan sebagai base dan support dari part mesin-

mesin yang bergerak secara dinamis yang dihasilkan dari proses kerja gear reducer yang diserap

kemudian diubah ke dalam bentuk energi panas atau dalam bentuk lainnya. Kemampuan dari

suatu material untuk menyerap getaran tersebut dinamakan sebagai damping capacity.

Tabel berikut menjelaskan nilai damping capacity dari beberapa jenis logam :

Dua parameter yang mempengaruhi damping capacity dari grey cast iron adalah

dislocation loop yang panjang, dan konsentrasi dari impurities pada material. Grey cast iron

memiliki fasa grafit yang didalamnya terjadi pergerakan dislokasi serta interaksinya dengan

impurities yang disebut internal friction, secara teoritis nilai internal friction pada temperatur

yang tinggi akan naik akibat meningkatnya pergerakan dislokasi pada grafit.

Dalam berbagai aplikasi, internal friction diformulasikan sebagai Q-1, yang merupakan

tangen sudut antara tegangan dan reganagan. Perhitungan untuk Damping adalah

δ=ln nF t

=π Q−1

Keterangan : t = time (s)

F= frequency (Hz)

Pada grafik dibawah dijelaskan bahwa semakin tingginya temperatur, internal friction

semakin meningkat antara range temperatur 180- 250 K, dan pada temperatur 200 K dengan

frekuensi yang berbeda terjadi anomali internal friction akibat transformasi fasa grafit pada

temperatur tersebut. Hal tersebut menjelaskan bahwa dislokasi pada grafit akan berubah seiring

dengan berubahnya temperatur.

Selain faktor diatas, faktor impurities akan menghambat pergerakan dislokasi pada grey

cast iron. Pada kenaikan temperatur internal friction akan naik akibat impurities tidak mampu

menghalangi dislokasi, namun modulus elastis akan turun pada range temperatur yang tinggi

dikarenakan perubahan dimensi dislokasi dari titik letaknya dalam fasa grafit. Pada grafik

dibawah ini dijelaskan kondisi grafit yang dipengaruhi oleh berbagai impurities (H2SO4 dan

NHO3), semakin tinggi temperatur maka nilai internal friction dari grey cast iron akan semakin

meningkat.

9. Metode Perlindungan

1. Korosi

Selain metode pemilihan material dengan menggunakan grey cast iron ASTM A 48 class

40 yang memiliki kemampuan explotion proof dan damping capacity yang baik, kondisi

lingkungan berupa kandungan senyawa yang agresif, kelembapan, dan kandungan air yang

terakumulasi pada material. juga dapat menyebabkan potensi kerusakan pada housing material.

Dari studi kasus di lapangan maupun penyimpanan di gudang, pemilihan grey cast iron ASTM A

48 class 40 tetap memiliki kecenderungan terkorosi walaupun memiliki komponen paduan yang

dapat meningkatkan resistansi terhadap korosi. Beberapa metode yang dapat dilakukan sebagai

perlindungan material housing terhadap potensi korosi adalah :

1. Proteksi Katodik

Proteksi katodik merupakan salah satu cara untuk mencegah terjadinya korosi pada

logam. Prinsip kerjanya adalah dengan mengubah benda kerja (logam) menjadi katoda

dengan mengalirkan elektron tambahan ke dalam material.  Terdapat dua jenis proteksi

katodik, yaitu metode impressed current  (arus paksa) dan sacrificial anode (anoda

korban).

1.1 Proteksi Katodik Anoda Korban

Prinsip dasar dari proteksi katodik anoda korban adalah proteksi korosi dengan

menghubungkan material yang lebih elektronegatif terhadap struktur dalam sirkuit

tertutup. Sehingga struktur akan terpolarisasi secara katodik, dan material yang lebih

elektronegatif akan mengalami polarisasi secara anodik (terkorosi).

Adapun syarat anoda korban adalah sebagai berikut :

1. Perbedaan potensial antara anoda dengan struktur harus besar sehingga mencegah

struktur untuk terkorosi.

2. Anoda harus mempunyai efisiensi pemakaian yang tinggi.

3. Berada pada kondisi elektrolit yang sama (air, udara, tanah)

Umumnya Magnesium dan Zinc merupakan anoda yang paling sering digunakan

untuk sistem proteksi katodik. Aluminium juga termasuk anoda korban yang baik,

tetapi aluminium mudah mengalami pasivasi yang berakibat akan menurunkan arus

keluarannya. Oleh karena itu umumnya aluminium akan dipadukan dengan unsur

lain, seperti tin, indium, merkuri atau gallium. Berbagai jenis anoda untuk sistem

proteksi katodik anoda korban dapat dilihat pada table berikut:

Keuntungan dari metode anoda korban antara lain:

Tidak memerlukan sumber energi eksternal sehingga dapat dipakai pada daerah

terpencil.

Biaya pemasangan relatif rendah

Biaya perawatan minimum

Kemungkinan terjadinya interferensi katodik pada struktur lain kecil

Kemungkinan terjadinya over proeteksi kecil

Distribusi potensial merata.

Dapat di install pada daerah dengan kepadatan struktur cukup tinggi

Untuk temporary protection dari struktur baru atau struktur yang sudah ada.

Dapat digunakan untuk localized protection di daerah tertentu pada struktur.

Keterbatasan dari metode anoda korban antara lain:

Adanya arus keluar dan driving potential yang terbatas sehingga membatasi luas

baja yang dapat dilindungi

Membutuhkan jumlah anoda yang banyak bila digunakan pada pipa berdiameter

besar.

Anoda yang habis harus diganti.

Tidak efektif jika digunakan pada lingkungan dengan resistivitas tanah tinggi.

Sangat sulit diaplikasikan pada ruang terbuka

1.2 Proteksi Katodik Arus Tanding (Impressed Current)

Metode impressed current atau metode arus tanding merupakan metode

perlindungan katodik untuk mencegah korosi pada logam dengan memanfaatkan

sumber arus eksternal searah (DC) yang dihasilkan dari rectifier. Pengaliran arus dari

rectifier ini berfungsi untuk menghantarkan elektron menuju katoda sehingga dapat

memberikan suplai elektron ke katoda, sehingga mencegah terlarutnya logam katoda

menjadi ionnya.

Anoda pada proteksi katodik arus tanding tidak mempunyai fungsi utama untuk

menghasilkan arus dan terkonsumsi dalam rate yang sangat rendah. Anoda ditujukan

sebagai konduktor penghantar arus dari rectifier dan pelengkap komponen closed-

circuit.

Keuntungan dari metode impressed current :

Memiliki driving voltage yang besar sehingga efektif digunakan pada struktur

besar.

Kontrol tegangan dan arus lebih fleksibel.

Dapat diterapkan pada struktur tanpa coating dan lingkungan dengan

resisvitas tinggi.

Keterbatasan dar metode impressed current :

Kemungkinan dapat berinteraksi dengan struktur lain

Membutuhkan sumber arus luar

Butuh maintenance dan inspeksi yang rutin dan rumit

Gangguan pada anoda akan mempengaruhi kinerja sistem

Pengontrolan yang rumit

Sangat berbahaya pada kondisi basah atau kondisi senyawa flammable.

Fenomena straycurrent merupakan fenomena yang serig terjadi dalam ICCP.

Straycurrent merupakan arus liar yang mengalir pada sekitar struktur yang terproteksi

sehingga mempengaruhi potensial struktur yang tidak terproteksi di sekitarnya. Arus

liar dapat memicu perbedaan potensial pada struktur yang dilaluinya dan

menimbulkan korosi.

2. Inhibitor

Inhibitor adalah komponen kimia yang ditambahkan dalam jumlah sedikit dengan

tujuan menghalangi terpaparnya permukaan logam dari lingkungan yang korosif sehingga

menghambat laju korosi. Inhibitor dapat terbentuk seperti lapisan yang tidak seragam,

yang menyerupai coating, yang bertindak sebagai penghalang secara fisis. Penggunaan

inhibitor pada konsentrasi yang kecil untuk lingkungan tertentu, dapat mengurangi laju

korosi, sehingga inhibitor dapat juga disebut sebagai katalis penghambat laju korosi.

Secara umum mekanisme kerja dari inhibitor dapat dibedakan sebagai berikut :

1. Inhibitor teradsorpsi pada permukaan logam, dan membentuk suatu lapisan tipis

dengan ketebalan beberapa molekul inhibitor. Lapisan ini tidak dapat dilihat oleh mata

biasa, namun dapat menghambat penyerangan lingkungan terhadap logamnya.

2. Melalui pengaruh lingkungan (misal pH) menyebabkan inhibitor dapat

mengendap dan selanjutnya teradsopsi pada permukaan logam serta melindunginya

terhadap korosi. Endapan yang terjadi cukup banyak, sehingga lapisan yang terjadi dapat

teramati oleh mata.

3. Inhibitor lebih dulu mengkorosi logamnya, dan menghasilkan suatu zat kimia

yang kemudian melalui peristiwa adsorpsi dari produk korosi tersebut membentuk suatu

lapisan pasif pada permukaan logam.

4. Inhibitor menghilangkan konstituen yang agresif dari lingkungannya.

Efisiensi dari inhibitor yang digunakan dapat dilihat dengan menggunakan perhitungan

sebagai berikut:

Inhibitor Efficiency (% )=(CRunhibited−CRinhibited)

CRunhibited×100

Dimana:

CRuninhibited = laju korosi sistem yang tidak diinbisi

CRinhibited = laju korosi sistem yang diinhibisi

Inhibitor dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis senyawa kimia (organik dan

anorganik), dan jenis reaksi serta mekanisme penginhibisiannya. Berikut adalah

klasifikasi inhibitor yang umum digunakan :

Berdasarkan Jenis Senyawa Kimia

Berdasarkan jenis senyawa kimia, inhibitor dibedakan menjadi dua, yaitu inhibitor

organik dan inhibitor anorganik.

a. Inhibitor organik biasanya merupakan inhibitor yang mengandung gugus polar,

seperti atom N, S, dan O, serta senyawa heterosiklik dengan gugus polar. Inhibitor

jenis ini memproteksi logam dengan membentuk lapisan hidrofobik pada

permukaan logam.

b. Inhibitor anorganik merupakan inhibitor dengan senyawa garam kristalin seperti

kromat, fosfat, dan molibdat. Pada inhibitor ini, senyawa anion dari inhibitor

berperan dalam mengurangi laju korosi, dimana anion tersebut akan membentuk

ikatan ionik pada permukaan logam.

Berdasarkan Jenis Reaksi dan Mekanisme Inhibisi

Berdasarkan jenis reaksi dan mekanisme inhibisi, inhibitor diklasifikasikan menjadi

scavenger inhibitor dan interface inhibitor.

a.Scavenger inhibitor umumnya merupakan inhibitor dengan mekanisme mengurangi

konsentrasi oksigen terlarut di dalam larutan ruah atau biasa disebut sebagai

oxygen scavenger. Oksigen didalam larutan akan bereaksi dengan senyawa

inhibitor dan membentuk senyawa baru. Dengan berkurangnya oksigen didalam

larutan, maka laju korosi dapat diminimalisir.

b. Interface inhibitor merupakan inhibitor yang bekerja pada antar muka logam

dengan elektrolit dengan membentuk lapisan pada antar muka tersebut. Interface

inhibitor ini dibedakan menjadi liquid dan vapor phase inhibitor.

Penggunaan inhibitor dalam industri, misalnya industri minyak dan gas untuk pipa,

biasanya menggunakan suatu tanki injeksi. Inhibitor diinjeksikan ke dalam fluida yang

mengalir di dalam pipa melalui tanki injeksi dalam dosis tertentu. Contoh inhibitor yang

umum digunakan adalah Minyak atau pelumas.

3. Coating

Coating adalah lapisan film yang diaplikasikan di atas permukaan logam dengan

tujuan untuk melindungi permukaan logam dari lingkungan yang korosif (protective

coating) dan juga sebagai dekorasi (decorative coating). Protective coating merupakan

metode proteksi korosi yang paling banyak digunakan di industri.

Komponen-komponen yang terdapat pada organic coating:

1. Binder : merupakan pembentuk lapisan dan berkontribusi untuk ketahanan dari

cat coating dan menyuplai sifat mekanis, fisik, kohesi serta fleksibilitas.

2. Solvent : digunakan untuk menurunkan viskositas, pelarut ini akan menguap

seketika dan tidak ada pada saat lapisan cat kering.

3. Pigment : merupakan pembentuk warna dan sifat opaque dari lapisan cat yang

kering. Menyuplai kekerasan, ketahanan abrasi, mengurangi degradasi dari primer

coat dari paparan sinar matahari.

4. Aditif &filler : untuk tujuan khusus pada coating.

5. Ekstender : serupa dengan pigmen atau terkadang terlarut di dalam binder,

biasanya hanya untuk modifikasi sifat dari cat.

Sistem proteksi dari coating antara lain:

1. Primer coat : Penggunaan cat dasar pada permukaan logam harus dilakukan

secara merata, karena penggunaan cat dasar sangat mempengaruhi keberhasilan

pada lapisan berikutnya. Sifat-sifat yang harus dimilki oleh cat dasar adalah

sebagai berikut:

Daya adhesi yang baik terhadap substrat dengan persyaratan persiapan

permukaan yang tertentu.

Mampu mengikat lapisan berikutnya.

Mampu mengurangi penyebaran proses korosi pada bagian-bagian yang

retak atau pecah dari lapisan cat.

Cukup tahan terhadap cuaca dan bahan kimia untuk jangka waktu tertentu

sebelum dilakukan lapisan berikutnya.

2. Intermediate coat : Lapisan cat ini diberikan setelah cat primer. Beberapa

persyaratan yang harus dimiliki untuk lapisan ini adalah sebagai berikut:

Memberikan lapisan yang cukup memadahi pada logam.

Mengikat secara merata lapisan primer dan top coat.

Than terhadap lingkungan.

3. Top coat (finish coat): merupakan lapisan terluar dari sistem coating, selain

harus cukup kuat terhadap pengaruh lingkungan, top coat juga harus memiliki

penampilan yang baik.

Mekanisme coating dalam melindungi logam dari korosi, diantaranya:

1. Sebagai barrier: menciptakan barrier yang kuat untuk memisahkan permukaan

logam dengan lingkungan seperti kelembaban, air atau lingkungan korosif lain

seperti gas, ion atau elektron

2. Sebagai lapisan inhibitive : tedapat penambahan suatu zat tertentu yang

berfungsi sebagai inhibitor korosi. Mekanisme ini menyebabkan terserapnya

air pada cat yang dapat melarutkan inhibitor yang terdapat pada pigment

sehingga bereaksi membentuk lapisan.

3. Sebagai anoda korban/galvanik : terdapat penambahan aditif pada cat. Aditif

memiliki potensial yang lebih rendah sehingga berfungsi sebagai anoda

korban yang menyebabkan permukaan logam menjadi katoda.

Salah satu faktor penting yang mempengaruhi coating adalah preparasi permukaan

sampel. Surface preparation merupakan langkah awal untuk melakukan coating, dimana

hasil dari surface preparation sangat mempengaruhi kualitas coating. Tak jarang, kualitas

coating 60% nya ditentukan oleh surface preparation yang baik. Tahap preparasi

permukaan yang dilakukan meliputi :

1. Membersihkan kotoran seperti, oli, grease, karat, yang terdapat pada baja

karena dapat menurunkan ikatan adhesif coating.

2. Membuat permukaan logam menjadi kasar dengan derajat kekasaran tertentu.

3. Melacak cacat pada permukaan logam, dan meminimalisir adanya sharp edge.

Surface preparation secara umum dibagi menjadi dua cara, yaitu cara kimia, dan cara

mekanik.

Cara Kimia

Banyak asam (H2SO4, HCl), alkali(NaOH, Na3PO4, Na2CO3, borax), dan pelarut-

pelarut organik (alkohol, aseton, eter) yang digunakan untuk membersihkan permukaan

logam baja sebelum pengecatan. Pemakaian dari zat-zat kimia ini harus sesuai dengan

kondisi permukaan dan jenis logam yang akan dibersihkan. Contoh nya adalah

degreasing, dan pickling.

Cara Mekanik

Persiapan permukaan secara mekanik digunakan untuk menghilangkan kontaminan-

kontaminan seperti karat, kerak logam dan cat lama pada permukan substrat dengan

energi mekanik melalui penyemprotan/penggosokan bahan abrasif. Banyak jenis

peralatan/metoda mekanik yang tersedia untuk persiapan permukaan logam sebelum

proses coatin, yang mana aplikasinya harus disesuaikan dengan jenis cat, kondisi

lingkungan, bentuk dan kondisi konstruksi. Contoh cara mekanik adalah dengan hand

tool cleaning, power tool cleaning, dan abrasive blast cleaning.

Hasil surface preparation harus mengikuti tingkat kebersihan yang telah ditetapkan,

dan mengacu pada standar yang digunakan, seperti ISO 8501, NACE, SSPC, ASTM D

2200.

10. Kesimpulan

1. Material untuk Housing adalah grey cast iron ASTM A 48 class 40

2. Kondisi operasi Pumping berada pada lingkungan yang reaktif, korosif, dan flammable

3. Grey cast iron memiliki mikrostruktur grafit flakes dan perlit

4. Nilai Damping capacity dipengaruhi oleh internal friction

5. Internal friction merupakan pergerakan dislokasi pada fasa grafit

6. Internal friction meningkat seirig naiknya temperatur

7. Perlindungan terhadap Korosi Pumping dimulai dari penyimpanan di gudang sampai

pada operasi di lapangan

8. Metode perlindungan dari korosi dapat dilakukan dengan metode proteksi katodik

(Anoda Korban, Arus Tanding), Inhibitor dan Coating

9. Metode Anoda korban membutuhkan pengontrolan terhadap anoda yang dipakai

10. Metode Arus Tanding membutuhkan perhatian pada lingkungan disekitar arus yang

diberikan

11. Metode Inhibitor tergantung terhadap kondisi Lingkungan

12. Keberhasilan dari Coating bergantung terhadap preparation dan komponen pelapisan