LABORATORIUM KOROSI SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2014/2015
MODUL
: PROTEKSI KATODIK I
PEMBIMBING
: Bpk. Nurcahyo, Ir., MT
Praktikum
: 2 Oktober 2014
Penyerahan : 9 Oktober 2014
(Laporan)
Oleh : Kelompok
: III (Tiga)
Nama
: 1. Dina Soraya
Kelas
121411040
2. FX Angga Sugiyana
121411041
3. Fidihana Noviyanti
121411043
:3B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam industry kimia system perpipaan merupakan aspek penting yang mendukung proses produksi. System perpipaan banyak digunakan sebagai alat distribusi fluida. Bahan baku system perpipaan biasanya berupa logam untuk menahan tekanan tinggi yang dialirkan pada pipa. Menurut Surat Keputusan Menteri Pertambangan dan Energi Nomor 300.K/38/MPE/1997, sistem perpipaan industri harus ditanam di dalam tanah. Hal ini menimbulkan permasalan bagi industri karena di dalam tanah banyak terdapat mineral-mineral yang dapat menyebabkan serta memacu terjadinya korosi. Untuk menjaga pipa dari korosi maka diperlukan pencegahan dan perawatan pada pipa agar umur pakai pipa menjadi lebih lama. Pencegahan dan perawatan yang biasa dilakukan pada pipa adalah proses coating dengan penerapan metode proteksi katodik. Metode ini terdiri dari dua jenis yaitu anoda korban (sacrificial anode) dan arus paksa (impressed current). Pada dasarnya metode ini dilakukan dengan membanjiri pipa dengan arus eksternal. Pada metode anoda korban, sumber arus yang digunakan berasal dari logam yang kurang mulia yang dihubungkan dengan konduktor logam pada struktur yang dilindungi. Sementara itu pada metode arus paksa, sumber arus yang digunakan adalah arus listrik yang bermuatan negative. Pada kenyataannya sistem perpipaan dapat berjarak ratusan kilometer maka sering ditemukan sistem perpipaan yang dibagi menjadi ruas yang berbeda-beda. Pengaplikasian sistem proteksi katodik tidak harus saling menyambung secara langsung. Proteksi katodik yang telah diaplikasikan pada suatu titik harus disekat agar arus listrik antar metode proteksi yang berbeda tidak saling tercampur dan juga tidak mengganggu sistem pengukuran yang peka terhadap arus. Maka dari itu proteksi katodik harus disekat dengan menggunakan insulation joint yang bersifat sebagai insulator. 1.2 Tujuan Praktikum Mengukur potensial pipa dengan metode anoda korban Mengukur potensial pipa dengan metode Impressed Current Mengukur potensial pipa insulating joint Mengukur potensial pipa dan konstruksi
BAB II
DASAR TEORI 2.1 Pengertian Korosi dan Pencegahannya Korosi adalah reaksi antara logam dengan zat-zat disekitarnya misalnya udara dan air sehingga menimbulkan senyawa baru. Dalam perkaratan senyawa baru yang dimaksud ialah zat padat berwarna coklat kemerahan yang bersifat rapuh serta berpori. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3.xH2O. Peristiwa korosi sendiri merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang melibatkan adanya aliran listrik. Bagian tertentu dari besi berlaku sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda). Elektron mengalir dari anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi. Pencegahan korosi didasarkan pada dua prinsip berikut :
Mencegah kontak dengan oksigen dan/atau air
Perlindungan katoda (pengorbanan anoda)
Membuat alloy atau paduan logam yang bersifat tahan karat, misalnya besi dicampur dengan logam Ni dan Cr menjadi baja stainless (72% Fe, 19%Cr, 9%Ni).
2.2 Proteksi Katodik 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. Proteksi katodik adalah cara yang effektif dalam mencegah stress corrosion cracking (retak karena korosi).
Pada gambar tersebut tampak bahwa arus mengalir ke pipa pada daerah dimana sebelumnya sebagai anoda. Driving voltage system proteksi katodik harus lebih besar dari pada driving voltage sel korosi yang sedang berlangsung. Supaya system proteksi katodik bekerja, harus ada arus yang mengalir dari groundbed. Selama terjadinya aliran arus ketanah, maka material groundbed akan menjadi subjek korosi. Oleh karena kegunaan groundbed untuk mengeluarkan arus, maka sebaiknya menggunakan bahan yang laju konsumsinya lebih rendah dari pada pipanya itu sendiri. Atau secara termodinamika, potensial pipa/struktur yang diproteksi dibuat menjadi imun yaitu pada 850 mV (CSE). Ada dua jenis proteksi katodik: 1. Sistem Anoda Korban 2. Sistem Impressed Current 2.2.1 Sistem Anoda Korban System ini dikenal juga dengan galvanic anode, dimana cara kerja dan sumber arus yang digunakan berasal hanya dari reaksi galvanis anoda itu sendiri. Prinsip dasar dari system anoda korban adalah hanya dengan cara menciptakan sel elektrokimia galvanic dimana dua logam yang berbeda dihubungkan secara elektris dan ditanam dalam elektrolit alam (tanah atau air). Dalam sel logam yang berbeda tersebut, logam yang lebih tinggi dalam seri elektromitive-Emf series (lebih aktif) akan menjadi anodic terhadap logam yang kurang aktif dan terkonsumsi selama reaksi elektrokimia. Logam yang kurang aktif menerima proteksi katodik pada permukaannya karena adanya aliran arus melalui
elektrolit dari logam yang anodic. Gambar system proteksi katodik dengan anoda korban dapat dilihat pada Gambar 3.
System anoda korban secara umum digunakan untuk melindungi struktur dimana kebutuhan arus proteksinya kecil dan resistivitas tanah rendah. Ada beberapa keuntungan yang diperolah jika menggunakan system anoda korban diantaranya:
Tidak memerlukan arus tambahan dari luar, karena arus proteksi berasal dari anodanya itu sendiri.
Pemasangan dilapangan relative lebih sederhana
Perawatannya mudah
Ditinjau dari segi biaya, system ini lebih murah dibanding system arus tanding.
Kemungkinan menimbulkan efek interferensi kecil.
Kebutuhan material untuk sitem anoda korban relative sedikit yaitu anoda, kabel dan test box.
Kelemahan proteksi katodik dengan anoda korban dibandingkan dengan system arus tanding adalah:
Driving voltage dari system ini relative rendah karena arus proteksi hanya terjadi dari reaksi galvanis material itu sendiri sehingga system ini hanya dapat digunakan untuk memproteksi struktur yang arus proteksinya relative kecil dan resistivitas lingkungan rendah.
Kemempuan untuk mengontrol variable efek arus sesat terhadap struktur yang diproteksi relative kecil.
2.2.2 Sistem Impressed Current Berbeda dengan system anoda korban, sumber arus pada system arus tanding berasal dari luar, biasanya berasal dari DC dan AC yang dilengkapi dengan penyearah arus (rectifier), dimana kutub negative dihubungkan ke struktur yang dilindungi dan kutub positif dihubungkan ke anoda. Arus mengalir dari anoda melalui elektrolit ke permukaan struktur, kemudian mengalir sepanjang struktur dan kembali ke rectifier melalui konduktor elektris. Karena struktur menerima arus dari elektrolit, maka struktur menjadi terproteksi. Keluaran (output) arus rectifier diatur untuk mengalirkan arus yang cukup sehingga dapat mencegah arus korosi yang akan meninggalkan daerah anoda pada struktur yang dilindungi. Dengan keluaran arus dari anoda ini maka anoda tersebut terkonsumsi. Untuk itu maka sebaiknya menggunakan bahan yang laju konsumsinya lebih rendah dari magnesium, zinc dan alumunium yang biasa dipakai untuk system tersebut, umumnya digunakan paduan kombinasi bahan yang khusus. Tipikal system arus tanding dapat dilihat pada Gambar 4.
System arus tanding digunakan untuk melindungi struktur yang besar atau yang membutuhkan arus proteksi yang lebih besar dan dipandang kurang ekonomis jika menggunakan anoda korban. System ini dapat dipakai untuk melindungi struktur baik yang tidak dicoating, kondisi coating yang kurang baik maupun yang kondisi coatingnya baik.
Kelebihan system arus tanding adalah dapat didesain untuk aplikasi dengan tingkat fleksibilitas yang tinggi karena mempunyai rentang kapasitas output arus yang luas. Artinya kebutuhan arus dapat diatur baik secara manual maupun secara otomatis dengan merubah tegangan output sesuai dengan kebutuhan. Kelebihan lain dari system ini, dengan hanya memasang system di salah satu tempat dapat memproteksi struktur yang cukup besar. Kekurangan dari system ini yaitu memerlukan perawatan yang lebih banyak dibanding system anoda korban sehingga biaya operasional akan bertambah. System ini juga mempunyai ketergantungan terhadap kehandalan pemasok energy (rectifier) sehingga kerusakan pada system ini akan berakibat fatal terhadap kinerja system proteksi. Kekurangan yang lain system arus tanding adalah cenderung lebih mahal karena peralatan dan bahan yang digunakan lebih banyak. Disamping itu ada kemungkinan dapat menimbulkan masalah efek interferensi arus terhadap struktur disekitarnya.
BAB III METODOLOGI 3.1 Alat. Alat utama yang dipakai untuk praktikum adalah: 1. Simulator Sistem Proteksi Katodik Metode Anoda Korban Dalam Sistem Perpipaan 2. Avometer 3. Elektroda CuSO4 3.2 Prosedur Pengukuran Potensial Natural Pipa 1. Lepaskan sambungan terminal merah (dari anoda korban) dengan terminal hitam (dari pipa) pada testbox. 2. Hubungkan terminal hitam (dari pipa) dengan avometer (menggunakan elektroda pembanding CSE yang ditancanpakan ke tanah). 3. Amati dan catat nilai potensial natural pipa yang tertera pada avometer. 4. Sambungkan kembali terminal merah dengan terminal hitam pada testbox untuk keperluan proteksi 3.3 Prosedur Pengukuran Potensial Anoda Korban 1. Lepaskan sambungan terminal merah (dari anoda korban) dengan terminal hitam (dari pipa) pada testbox. 2. Hubungkan terminal merah (dari anoda) dengan avometer (menggunakan elektroda pembanding CSE yang ditancapkan ke tanah). 3. Amati dan catat nilai potensial anoda korban yang tertera pada avometer. 4. Sambungkan kembali terminal merah dengan terminal hitam pada testbox untuk keperluan proteksi. 3.4 Pengukuran Potensial Proteksi pada Sistem Impressed Current 1. Merangkai Keseluruhan Sistem Impressed Current. 2. Menghubungkan output positif rectifier pada grounbed dan negatif pada pipa. 3. Set output transformator pada 220V dan output rectifier 3V. 4. Mengukur potensial proteksi pipa dengan menggunakan AVO meter di setiap test box Impressed Current. 3.5 Pengukuran Potensial Proteksi pada Insulation Joint 1. Nyalakan Avometer digital kemudian pasang jenis pengukuran pada volt dan atur skala pembacaan di 2.
2. Tempelkan elektroda CuSO4 pada tanah. 3. Tempelkan jarum pengukur avometer warna merah pada salah satu lubang di Testbox (lubang warna hitam untuk mengukur potensial pipa atas dan warna merah untuk mengukur potensial pipa bawah) dan jarum berwarna hitam ditempelkan pada elektroda CuSO4.
3.6 Pengukuran Potensial Proteksi pada Jembatan pipa 1. Menyiapkan avometer dan elektroda standar (Cu/CuSO4). 2. Mengangkat besi jembatan hingga menempel dengan pipa menggunakan dongkrak. 3. Menghubungkan avometer ke testbox pipa (sisi proteksi dan sisi kosong) dan elektroda standar (Cu/CuSO4). 4. Mengukur potensial pipa 5. Menghubungkan avometer ke testbox jembatan (sisi proteksi dan sisi kosong) dan elektroda standar (Cu/CuSO4). 6. Mengukur potensial jembatan 7. Menghubungkan avometer ke testbox jembatan (sisi proteksi dan sisi kosong) dan pipa (sisi proteksi dan sisi kosong) 8. Mengukur hambatan antara pipa dengan jembatan.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 HASIL 1. Anoda Korban Potensial (-mV) Tanpa Proteksi anoda Proteksi 18.6 134.6 362.2 131.8 171.1 0.58 0.563 383 0.515
Pipa 1 2 3 2. Impressed Current
Impressed Current IC 1 IC 2 IC 3 IC 4
Potensial (-mV) 304.9 265 177.3 178.6
3. Insulation Joint Sisi Pipa Kiri kanan atas kanan bawah
Petensial (-mV) bawah atas 105.1 169.1 520 200.8 966 896
4. Sambungan Pipa Sisi Kiri Kanan
Potensial (-mV) pipa jembatan 1625 220.3 1634 198.6
Hasil Percobaan 1. Anoda Korban 1800 1600 Potensial (-mV)
1400 1200 1000
Tanpa Proteksi
800
Anoda
600
Proteksi
400 200 0 1
2
3
Anoda Korban
Gambar 4.1 Potensial pada Anoda Korban 2. Impressed Current 350
Potensial (-mV)
300 250 200 150
Impressed Current
100 50 0 1
2
3
Impressed Current
Gambar 4.2 Potensial pada Impressed Current
4
3. Insulation Joint 1200
Potensial (-mV)
1000 800 600
atas
400
bawah
200 0 1
2
3
Insulation Joint
Gambar 4.3 Potensial pada Insulation Joint 4. Sambungan pipa 1800 1600 Potensial (-mV)
1400 1200 1000 800
pipa
600
kontruksi
400 200 0 1
2 Sambungan Pipa
Gambar 4.4 Potensial pada sambungan pipa
4.2 PEMBAHASAN Pada percobaan kali ini dilakukan pengukuran terhadap potensial yang terdapat di dalam test box. Pengukuran potensial ini dilakukan untuk mengetahui apakah pipa sudah terkorosi atau belum. Ada beberapa cara untuk melindungi besi yang ditanam dalam tanah dari korosi dilakukan proteksi, dalam praktikum kali ini dicoba 2 cara, yaitu impressed current dan sacrificial anode. Percobaan ini meliputi pengukuran potensial terhadap pipa yang menggunakan prinsip proteksi katodik, pipa yang dialiri listrik (impressed current), pipa yang diinsulasi dan pipa beserta konstruksinya.
1. Sacrificial Anode (Anoda Korban) atau Proteksi katodik Proteksi katodik metode anoda korban dapat dilakukan dengan menghubungkan anoda korban terhadap material yang akan diproteksi. Elektron akan mengalir dari anoda ke katoda melalui kabel penghubung sehingga terjadi penerimaan elektron di katoda sehingga menjadi jenuh dan terlindungi dari korosi. 1800 1600 Potensial (-mV)
1400 1200 1000
Tanpa Proteksi
800
Anoda
600
Proteksi
400 200 0 1
2
3
Anoda Korban
Gambar 4.1 Potensial pada Anoda Korban
Berdasarkan gmbar 4.1 Potensial pada Anoda Korban, potensial pipa yang terproteksi memiliki potensial yang lebih tinggi dibandingkan potensial tanpa proteksi. potensial pipa/struktur yang diproteksi dibuat menjadi imun yaitu pada -850 mV (CSE). Dari Gambar 4.1 dapat diketahui nilai potensial proteksi pipa lebih rendah dari potensial imun (-850 mV) sehingga pipa telah terkorosi.
2. Impressed Current Prinsip utama system impressed current adalah menekan arus eksternal ke dalam material sehingga potensial material turun ke daerah imun. Pada metode impressed current struktur yang dilindung mendapat supply elektron sehingga potensialnya menjadi lebih katodik. 350
Potensial (-mV)
300 250 200 150
Impressed Current
100 50 0 1
2
3
4
Impressed Current
Gambar 4.2 Potensial pada Impressed Current Kualitas pipa yang terproteksi dengan baik menunjukkan potensial sebesar -850 mV, namun berdasarkan hasil percobaan diketahui bahwa nilai potensial yang didapatkan lebih kecil dari nilai standar. Hal ini menunjukkan bahwa pipa telah mengalami korosi. 3. Insulation Joint Insulation Joint merupakan jenis penyekat arus listrik di dalam sistem perpipaan yang berbentuk seperti mangkuk dan insulasi dilakukan kearah radial.
1200
Potensial (-mV)
1000 800 600
atas
400
bawah
200 0 1
2
3
Insulation Joint
Gambar 4.3 Potensial Insulation Joint Besar potensial bergantung pada arah masuknya arus, dikarenakan arus masuk dari bawah sehingga potensial pada insulation bagian kanan bawah lebih besar dari insulation bagian lainnya. Sedangkan pada insulation bagian kiri, potensial bagian atasnya lebih besar dari potensial bagian bawahnya. 4. Jembatan 1800 1600 Potensial (-mV)
1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1
2 Sambungan Pipa
Gambar 4.4 Potensial Sambungan Pipa Berdasarkan Gambar 4.4 potensial pipa kiri-kanan dan konstruksi kiri-kanan nilainya hampir sama. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi kebocoran arus pada pipa dan konstruksi.
SIMPULAN 1. Potensial pipa di bawah -850 mV menunjukkan telah terkorosi 2. Besarnya potensial pipa insulation joint sesuai dengan arah masuknya arus 3. Besar potensial pipa yang sama dengan konstruksi menunjukan adanya kebocoran
DAFTAR PUSTAKA http://www.supplierbaut.com/article-detail-170-prinsip-dasar-sistem-proteksikatodik.html [diakses pada 8 Oktober 2014]
