LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK PENCEGAHAN KOROSI
PROTEKSI KATODIK Disusun untuk memenuhi memenuhi salah satu tugas mata kuliah praktikum teknik pencegahan pencegahan korosi
Dosen pembimbing :
Ir. Gatot
Disusun oleh :
Desi Asri Yani
101411010
Eris Ristopan
101411012
Halimah Tulsa’diah Tulsa’diah
101411013
Kelas
: 3A
Program Studi : D3 Teknik Kimia
Tanggal Praktikum
: 18 Oktober 2012
Tanggal Penyerahan : 7 November 2012
JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK KEGERI BANDUNG 2012
I.
TUJUAN
1. Mengetahui perbedaan 2 jenis proteksi katodik, yaitu impressed current dan galvanic couple. 2. Memahami metoda pengukuran potensial masing-masing jenis proteksi katodik. 3. Mengukur potensial masing-masing jenis proteksi katodik.
II.
DASAR TEORI
Proteksi Katodik ( Cathodic Protection) adalah teknik yang digunakan untuk mengendalikan korosi pada permukaan logam dengan menjadikan permukaan logam tersebut sebagai katode dari sel elektrokimia. Proteksi katodik ini merupakan metode yang umum digunakan untuk melindungi struktur logam dari korosi. Sistem proteksi katodik ini biasanya digunakan untuk melindungi baja, jalur pipa, tangki, tiang pancang, kapal, anjungan lepas pantai dan casing (selubung) sumur minyak di darat. Efek samping dari penggunaan yang tidak tepat adalah timbulnya molekul hidrogen yang dapat terserap ke dalam logam sehingga menyebabkan hydrogen embrittlement (kegetasan hidrogen). Proteksi katodik adalah cara yang effektif dalam mencegah stress corrosion cracking (retak karena korosi). Pada saat ini, galvanik atau anode tumbal dibuat dalam berbagai bentuk dengan menggunakan alloy (campuran logam) dari seng,magnesium dan alumunium. Potensial elektrokimia, kapasitas arus, dan laju konsumsi dari campuran logam ini lebih besar sebagai CP daripada besi. Anode galvanik dirancang agar memiliki voltase aktif (sebenarnya secara teknik memiliki potensial elektrokimia lebih negatif) lebih tinggi daripada logam yang terdapat pada struktur baja. Untuk mendapatkan CP yang efektif, potensial dari permukaan baja dipolarisasi (didorong) agar menjadi lebih negatif hingga permukaannya memiliki potensial yang seragam. Pada tahap ini, daya dorong yang dapat menyebabkan reaksi korosi menjadi tertahan. Anode galvanik kemudian akan terus terkorosi, memakan material anode hingga suatu saat perlu diganti. Polarisasi disebabkan oleh laju arus dari anode yang menuju ke katode. Daya dorong bagi laju arus dari CP adalah perbedaan potensial elektrokimia antara anode dan katode. Metode yang digunakan untuk mensuplai arus listrik ini ada dua macam yaitu Sacrificial Anode atau Impressed Current . Pada metode Sacrificial Anode, arus
listrik disuplai dari proses karat yang terjadi pada “ protective anode” yang terbuat dari metal aktif seperti zinc (seng) atau aluminium khusus yang memiliki arus positif yang lebih besar daripada metal. Perbedaan voltase ini menyebabkan adanya daya tarik elektron bebas negatif yang lebih besar daripada daya tarik ion-ion pada metal. Ini mengakibatkan “ protective anode” menjadi terserang karat (dikorbankan) dan sebaliknya metal akan terlindung dari karat. Sedangkan pada metode Impressed Current , arus listrik disuplai dari sumber tenaga eksternal. Bedanya dengan Sacrificial Anode terletak pada jenis “ protective anode” yang digunakan yaitu terbuat dari material non aktif seperti high silicon cast iron, yang berfungsi sebagai sumber elektron dan tidak perlu dikorbankan (terserang karat). Dalam bentuk konvensionalnya, kedua metode ini hanya dapat digunakan pada metal yang seluruh permukaannya dipenuhi air atau kelembaban air, ini dibutuhkan untuk menjadi elektrolit yang akan menjadi jalan bagi arus listrik. Tapi pada prakteknya tidak mungkin metal kendaraan akan selalu dipenuhi air atau elektrolit lain. Maka penggunaan kedua metode tersebut dalam bentuk konvensionalnya tidaklah cocok untuk digunakan pada kendaraan. I mpr essed Cur r ent CP
Untuk struktur (bangunan) yang lebih besar, anode galvanik tidak dapat secara ekonomis mengalirkan arus yang cukup untuk melakukan perlindungan yang menyeluruh. Sistem Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) menggunakan anode yang dihubungkan dengan sumber arus searah ( DC ) yang dinamakan cathodic protection rectifier . Anode untuk sistem ICCP dapat berbentuk batangan tubular atau pita panjang dari berbagai material khusus. Material ini dapat berupa high silikon cast iron (campuran besi dan silikon), grafit, campuran logam oksida, platina dan niobium serta material lainnya. Tipe sistem ICCP yang umum untuk jalur pipa terdiri dari rectifier bertenaga arus bolak-balok (AC) dengan output arus DC maksimum antara 10 - 50 ampere dan 50 volt. Terminal positif dari output DC tersebut dihubungkan melalui kabel ke anode-anode yang ditanam di dalam tanah. Banyak aplikasi menanam anode hingga kedalaman 60 m (200 kaki) dengan diameter lubang 25 cm (10 inchi) serta ditimbun dengan conductive coke (material yang dapat meningkatkan performa dan umur dari anode). Sebuah kabel berkapasitas
sesuai
dengan
arus
yang
timbul
menghubungkan
terminal
negatif rectifier dengan jalur pipa. Output operasi yang dihasilkan dari rectifier diatur
pada tingkat optimal oleh seorang ahli CP setelah sebelumnya melakukan berbagai pengujian termasuk diantaranya pengukuran potensial elektrokimia. Pengujian
Potensial elektrokimia diukur dengan berdasarkan pada elektrode referensi. Elektroda tembaga-tembaga (II) sulfat digunakan untuk struktur (bangunan) yang kontak dengan tanah atau air tawar. Elektroda perak klorida digunakan untuk struktur yang kontak dengan air laut. Baja Galvanis
Mobil-mobil modern menggunakan rangka dan panel galvanis berlapis seng. Baja yang tak terproteksi akan membentuk lapisan besi oksida, yang dapat menyerap udara dan air sehingga dapat menyebabkan korosi terus berlanjut di bawahnya. Akan tetapi, seng oksida yang dihasilkan di permukaan barang dengan lapisan seng tidak dapat ditembus. Selama lapisan seng dan seng oksida tidak terganggu (terkikis atau tergores), baja di bawahnya tidak akan berkarat. Baja galvanis memiliki sifat yang dapat memperbaiki diri sendiri; goresan kecil dimana baja terekspose ke udara luar akan ditutup kembali oleh seng. Hal ini terjadi karena seng di sekitarnya akan terserap dan mengendap pada baja tersebut, mengganti apa yang sebelumnya hilang karena goresan. Proteksi katodik merupakan salah satu cara untuk mencegah terjadinya korosi pada logam. Prinsip kerjanya adalah dengan mengubah benda kerja menjadi katoda. Katodik proteksi dilakukan dengan mengalirkan elektron tambahan ke dalam material. Terdapat dua jenis proteksi katodik, yaitu metode impressed current dan galvanic couple. Metode galvanic couple adalah metode dengan menghubungkan benda kerja dengan logam lain yang memiliki potensial reduksi yang lebih kecil. Hal ini akan menyebabkan terjadinya suatu sel galvanik dan menjadikan benda kerja sebagai suatu katoda. Keuntungan-keuntungan dilakukannya galvanic couple ini adalah:
tidak diperlukan adanya sumber energi
mudah untuk dilakukan (ongkos pemasangan murah)
kemungkinan terjadinya interferensi katodik pada struktur lain kecil
self-regulating
kemungkinan terjadinya overprotecting kecil
distribusi potensial merata.
Tetapi cara ini juga memiliki keterbatasan, yaitu:
arus terbatas
anoda yang habis harus diganti
anoda akan menambah berat dari struktur
Jenis yang kedua adalah dengan metode impressed current. Metode ini menggunakan masukan arus listrik dan anoda inert yang tidak akan habis sehingga sistem ini dapat digunakan pada waktu yang lama.Metode impressed current ini biasanya digunakan pada lingkungan yang memiliki resistivitas yang tinggi.
Keuntungan digunakannya metode ini adalah:
level dari proteksi dapat diatur
arus yang digunakan tinggi
area proteksi yang luas
dapat memproteksi struktur yang tidak di coating dengan baik.
Sementara itu terdapat beberapa kerugian apabila menggunakan metode ini:
kemungkinan terjadinya interferensi sangat besar perlu perawatan yang baik
kemungkinan terjadinya overprotection sangat besar
adanya biaya untuk menjalankan energi eksternal.
Proteksi katodik ini banyak digunakan pada industri-industri, terutama pada pipa-pipa yang perananannya sangat penting dalam produksi. Namun, proteksi katodik pada pipa-
pipa ini akan mungkin digunakan(dilihat secara ekonomi) apabila terminal point dipakaikan suatu isolating joint untuk memisahkan pipa yang diproteksi dengan pipa yang memiliki resistansi yang rendah. Isolating joint ini tidak cocok digunakan untuk instalasi yang besar seperti compressor station dan industrial plant. Biaya yang diperlukan serta kemungkinan terjadinya kegagalan dalam proteksi katodik akibat dari kompleksitas dari sistem dan jumlah joint yang sangat banyak.
Industrial plant dan compressor station memiliki banyak sistem perpipaan yang tertanam di dalam tanah atau pada concrete. Pipa yang digunakan biasanya di coating, namun ada kemungkinan terjadinya defect pada coating. Pipa akan mengalami kontak dengan concrete ataupun tanah sehingga terjadi kemungkinan adanya sel korosi akibat dari adanya perbedaan potensial karena adanya defect pada coating dengan concrete ataupun tanah. Faktor yang mempengaruhi laju korosi pada kasus ini adalah ukuran dari coating defect. Apabila ukuran dari defect kecil, densitas arus yang masuk akan sangat besar . Apabila coating defect ini berada dekat dengan concrete, maka akan terjadi perbedaan potensial sehingga akan terjadi korosi.
Sel korosi pada sistem perpipaan Pada gambar di atas dapat terlihat bahwa coating holiday nomor satu lebih dekat dengan concrete dibandingkan dengan coating holiday nomor dua. Efek dari jarak ini ada pada laju korosinya. Coating holiday nomor satu akan memiliki laju korosi yang lebih cepat karena perbedaan potensial yang lebih besar.
Ada dua metode untuk melindungi sistem perpipaan dari korosi dengan proteksi katodik. Yang pertama adalah dengan perlindungan keseluruhan (entire station) atau dapat disebut sebagai basic protection. Yang kedua adalah proteksi pada tempat-tempat tertentu yang memiliki coating defect atau disebut juga sebagai hot spots.
1.
Basic Protection
Gambar di bawah menunjukkan basic protection pada suatu compressor station. Pada basic protection, area proteksinya mencakup seluruh sistem. Sistem ini meliputi pipa, concrete, dan sistem compressor. Jadi, tidak hanya coating defect yang terkena pengaruh dari anoda, tetapi seluruh sistem. Pada tanah yang memiliki resistansi yang rendah, anodaa diletakkan agak dalam sehingga diperoleh distribusi arus yang homogen.
2.
Hot Spot
Hot spot adalah bagian dari pipa yang tidak dilapis sehingga kemungkinan terjadinya korosi sangat besar. Basic protection tidak memadai untuk digunakan pada kasus ini sehingga digunakan suatu metode dimana anoda diletakkan pada tempat yang spesifik untuk mengeliminasi adanya sel korosi yang terbentuk akibat coating defect dan concrete.
Bagaimana mendeteksi adanya hot spot pada suatu sistem perpipaan?
Terdapat beberapa cara untuk mendeteksi adanya hot spot: 1. adanya kebocoran menunjukkan bahwa pada daerah tersebut terjadi korosi 2. survey pada potensial permukaan dapat mendeteksi adanya sel korosi. Adanya arus listrik menunjukkan telah terjadi peristiwa korosi pada pipa tersebut.
3. survey terhadap resistivitas tanah dapat menunujukkan kira-kira dimana kemungkinan besar terjadinya korosi.
Gambar di atas menunjukkan cara untuk mengetahui adanya hot spot dengan menggunakan potensial permukaan. Titik dimana arus keluar dari pipa akan bertindak sebagai anoda, dengan kata lain bagian ini akan terkorosi. Pada grafik juga terlihat bahwa bagian tempat keluarnya arus akan memiliki potensial yang besar. Metode lain adalah dengan mengetahui resistivitas tanah. Tanah yang memiliki resistivitas kurang dari 1000 Ω.m akan mempunyai kecenderungan sebagai tempat terjadinya korosi.
Efek Proteksi Katodik Terhadap Struktur Lain
Proteksi katodik dapat berpengaruh terhadap struktur lain yang berada di dekatnya. Arus listrik yang keluar dari anoda dapat saja mengalir ke struktur lain (bukan pipa yang diproteksi) sehingga dapat menyebabkan korosi pada struktur tersebut. Arus yang mengalir ke tempat lain ini disebut stray current. Korosi akibat adanya stray current ini disebut interferensi.
Untuk mencegah terjadinya hal ini, maka digunakan beberapa metode, yaitu :
menggunakan catodic shielding
menggunakan sacrificial anode
Pearson Survey
Peralatan yang dirancang oleh Dr. John M. Pearson, dapat digunakan untuk mengetahui adanya kerusakan ataupun holiday pada coating yang tertanam dalam tanah. Prinsip kerjanya adalah dengan memberikan tegangan bolak-balik antara pipa dan tanah. Kemudian mendeteksi adanya penurunan dari potensial tinggi di sekitar tempat yang tidak terlapisi. Sebuah sinyal generator (biasanya vibrator) yang terhubung pada line, dan terminal lainnya yang dihubungkan ke tanah, beratus-ratus kaki jauhnya.
Gambar: Detektor pearson holiday.
Arus mengalir dari generator sinyal pada tanah menuju ke pipeline yang terkonsentrasi pada holiday. Hal ini menghasilkan konsentrasi arus pada tanah, dan akan menghasilkan puncak pada receiver signal, seperti yang terlihat pada grafik .
Kemudian tim yang terdiri dari 2 orang berjalan sepanjang line sekitar 20 meter. Setiap orang memakai sepasang sepatu yang terdapat pelat di bawahnya, dan terjadi beda potensial antara 2 titik sejauh 20 kaki. Hal ini akan di terima oleh ampilfier yang dibawa oleh orang bagian depan, dan kemudian dan sinyal amplifier dapat didengar pada earphone dan mengindikasikan kedalaman dalam meter. Orang di bagian belakang yang menangani kabel penghubung, menjaga agar bersih dari penghalang, dan memelihara agar jarak tetap konstan.
Mendekati holiday, terjadi peningkatan intensitas dimana akan mencapai maksimum ketika orang bagian depan berada tepat diatas coating holiday. Nilai maksimum yang lain dicapai ketika orang bagian belakang juga berada di coating holiday yang lain. Pada line dengan banyak holiday, kebingungan dalam medeteksi dapat dihindari dengan seseorang yang berjalan sepanjang line, yang kemudian secara paralel diikuti oleh orang lain yang berjarak 20 kaki. Sehingga coating holiday akan memiliki satu sinyal saja.
Gambar: Pengoperasian detektor Pierson Holiday.
Konsentrasi dari kuat arus dalam tanah, disekitar dari holiday, yang diterima pada sepatu yang dikenakan oleh 2 operator, dan akan memper kuat sinyal padaperalatan yang dibawa oleh operator. Jadi, pada sebuah industrial plant/ compressor station, proteksi katodik yang digunakan pada kondisi strukturnya. Hal ini dilakukan dengan pertimbangan penggunakan proteksi katodik disesuaikan dengan konstruksi dan efisiensi.
III.
ALAT DAN BAHAN
IV.
LANGKAH KERJA
V.
DATA PENGAMATAN
1. Sacrafisial anoda No
Anoda (volt)
Katoda (volt)
Jumper Dipasang (volt)
1
-
0.475
-
0.312
-
0.326
2
-
0.286
-
0.259
-
0.258
3
-
0.183
-
0.274
-
0.272
2. Impressed Current No
Tanpa Arus Paksa
Arus Paksa (volt)
(volt)
1
-
0.423
-
1.990
2
-
0.307
-
1.614
3
-
0. 310
-
1.605
4
-
0.267
-
0.798
5
-
0.235
-
0.610
3. Insulasi Join No
1
No
2
Anoda 1 (volt)
-
0.208
Anoda 1 (volt)
-
0.233
Anoda 2 (volt)
-
0.212
Katoda 1 (volt)
-
0.276
Katoda 1 (volt)
-
0.029
Katoda 2 (volt)
-
0.028
VI.
PEMBAHASAN
Proteksi katodik merupakan salah satu cara untuk mencegah terjadinya korosi pada logam. Prinsip kerjanya adalah dengan mengubah benda kerja menjadi katoda. Katodik proteksi dilakukan dengan mengalirkan elektron tambahan ke dalam material. Terdapat dua jenis proteksi katodik, yaitu metode impressed current dan galvanic couple. Metode galvanic couple adalah metode dengan menghubungkan benda kerja dengan logam lain yang memiliki potensial reduksi yang lebih kecil. Hal ini akan menyebabkan terjadinya suatu sel galvanik dan menjadikan benda kerja sebagai suatu katoda. Jenis yang kedua adalah dengan metode impressed current. Metode ini menggunakan masukan arus listrik dan anoda inert yang tidak akan habis sehingga sistem ini dapat digunakan pada waktu yang lama. Pada praktikum ini, dilakukan pengukuran potensial benda kerja dengan 2 jenis metode sesuai dengan jenis proteksi katodik masing-masing. Pada jenis Sacraficial Anoda, logam dengan potensial yang lebih elektropositif ( nobel atau mulia) menjadi katoda dan terproteksi dari korosi, logam yang memiliki potensial elektronegatif (aktif) menjadi anode. Arus yang mengalir antara dua logam mempercepat larutnya (korosi) anode, yang menjadi korban, dan harus diganti secara periodik. Elektron mengalir menuju katoda dan ion-ion membaawa arus pada elektrolit yang korosif. Proteksi katoda dimonitoring dengan mengukur potensial electroda dari stuktur yang dilindungi untuk menentukan e.m.f antara antara elektode dengan elektrode referensi yang sesuai. Elektrode referensi logam yang dapat dengan mudah terkorosi (misalkan zinc murni) yang memiiliki potensial yang stabil selama korosinya. Dalam praktikum ini, elektrode referensi yang digunakan sebagai serengah sel adalah tembaga jenuh pada larutan jenuh CuSO4. Voltmeter, V, harus memiliki resistensi yang sangat tinggi untuk mencegah penarikan arus yang dapat menyebabkan polarisasi pada electrode referensi,sebagai alternative dapat digunakan electrometer. Elektroda calomel bertindak sebagai anoda, sedangkan benda kerja sebagai katoda. Sedangkan dengan metoda Impressed Current (arus tanding), pengukuran potensial benda kerja yaitu dengan mengunakan sumber arus listrik dari luar, biasanya rectifier , yang mengubah arus ac menjadi dc. Struktur yang diproteksi dibuat secara elektrik menjadi negatif sehingga ia bertindak sebagai katoda. Elektroda yang kedua dibuat menjadi positif dan berindak sebagai anoda. Arus
yang dibawa atau berjalan pada rangkaian eksternal sebagai elektron, dan arus yang dipakai I app. Elektron-elektron bebas tidak berada pada larutan elektrolit. Oleh karena itu, arus dibawa harus secara positif dan negatif ( ion-ion yang bermuatan). Arus yang melalui larutan elektrolit sama dengan arus yang ada pada rangkaian eksternal, yang ditunjukkan sebagai arus positif (baik ion postif dan ion negatif membawa arus pada elektrolit.
VII.
KESIMPULAN
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa : 1. 2 jenis proteksi katodik, yaitu a. Sacraficial
Anoda.
Dimonitoring
dengan
mengukur
potensial
menggunakan elektroda pembanding (Calomel) sebagai anoda dan benda kerja sebagai katoda. b. Impressed Current. Dimonitoring dengan mengukur potensial benda kerja dengan menggunakan arus dari luar. 2. Besarnya potensial a. Sacrafisial anoda No
Anoda (volt)
Katoda (volt)
Jumper Dipasang (volt)
1
-
0.475
-
0.312
-
0.326
2
-
0.286
-
0.259
-
0.258
3
-
0.183
-
0.274
-
0.272
b. Impressed Current No
Tanpa Arus Paksa (volt)
Arus Paksa (volt)
1
-
0.423
-
1.990
2
-
0.307
-
1.614
3
-
0. 310
-
1.605
4
-
0.267
-
0.798
5
-
0.235
-
0.610
c. Insulasi Join No
1
No
2
Anoda 1 (volt)
-
0.208
Anoda 1 (volt)
-
0.233
Anoda 2 (volt)
-
0.212
Katoda 1 (volt)
-
0.276
DAFTAR PUSTAKA
http://id.wikipedia.org/wiki/Proteksi_katodik http://www.ruststopindonesia.com/cathodic_protection.htm http://anticorrosive.blogspot.com/
Katoda 1 (volt)
-
0.029
Katoda 2 (volt)
-
0.028
