BAB III PEMBAHASAN 3.1. Proteksi Katodik Anoda Tumbal Proteksi
katodik
metode
anoda
korban
dapat
dilakukan
dengan
menghubungkan anoda korban terhadap material yang akan diproteksi. Material yang akan diproteksi diatur agar berperan sebagai katoda dalam suatu sel korosi dan pasangan yang dihubungkan adalah logam lain yang memiliki potensial yang lebih negatif sehingga berperan sebagai anoda. Elektron akan mengalir dari anoda ke katoda melalui kabel penghubung sehingga terjadi penerimaan elektron di katoda. Dengan adanya penerimaan elektron tersebut, katoda mengalami reaksi reduksi dan terproteksi dari proses korosi.
Gambar 3.1. Proteksi Katodik Metode Anoda Korban Sumber : Peabody’s Control of Pipeline Corrosion, 2001 Sistem proteksi katodik anoda korban biasanya diterapkan pada perlindungan tangki dalam tanah, jaringan pipa dalam tanah, jaringan kabel listrik dan komunikasi dalam tanah, tangki air panas dan struktur kapal laut. 3.2. Jenis Anoda Korban dan Karakteristiknya Penentuan material yang digunakan sebagai anoda korban dilakukan berdasarkan kemampuan material tersebut dalam menurunkan potensial logam yang diproteksi mencapai daerah imun dengan cara membanjiri struktur dengan arus searah melalui lingkungan. Faktor lainnya yaitu biayanya murah, mampu dibentuk sesuai ukuran, dan dapat terkorosi secara merata. Anoda korban yang biasa digunakan adalah magnesium (Mg), seng (Zn), dan aluminium (Al). Pemakaian anoda Mg digunakan untuk lingkungan yang mempunyai resistivitas tinggi. Hal ini disebabkan pada lingkungan ini diperlukan anoda yang
tinggi keluaran arus per satuan berat dan potensial elektrodanya sangat negatif. Anoda Mg banyak digunakan untuk memproteksi pipa dalam tanah. Pemakaian anoda Al banyak digunakan di lingkungan air laut dan harganya relatif murah dibandingkan anoda lain. Anoda Zn merupakan anoda korban yang paling banyak digunakan di lingkungan air laut dan mempunyai efisiensi yang tinggi. Tabel 1. Jenis Anoda dengan Resistivitas Lingkungan Anoda
Resistivitas Lingkungan (ohm/cm)
Aluminium (Al)
< 150
Seng (Zn)
150 - 500
Magnesium (Mg)
> 500
Sumber : Teknik Pengendalian Korosi
Tabel 2. Karakteristik Anoda Korban Jenis
Massa Jenis
Potensial
Tegangan
Kapasitas
Efisiensi
Anoda
(kg/dm3)
(Volt/CSE)
Dorong (Volt)
(AH/Kg)
(%)
Al
1,7
1 – 1,7
0,6 – 0,8
2700
50
Zn
7,5
1,05
0,25
780
95
Mg
2,7
1,10
0,25
1230
95
Sumber : Teknik Pengendalian Korosi
3.3. Backfill Anoda Korban Pemakaian anoda korban yang diterapkan untuk proteksi katodik di dalam tanah perlu mengggunakan pembungkus yang disebut backfill. Backfill merupakan kantung kecil yang berisi campuran material dengan komposisi 75% gypsum, 20% bentonit, dan 5% natrium sulfat. Campuran ini menghasilkan resistivitas 50 ohm.cm apabila campuran dijenuhkan dengan air. Backfill ini berfungsi untuk: 1)
Memberikan lingkungan yang merata, sehingga keluaran (output) arus anoda dapat diperkirakan tetap.
2)
Menurunkan resistivitas dari fasa anoda dengan tanah.
3)
Mencegah kontak langsung antara anoda dengan tanah.
3.4. Perancangan Instalasi Anoda Korban Instalasi sistem proteksi anoda korban lebih sederhana dibandingkan dengan sistem proteksi arus paksa. Proses instalasi anoda korban melibatkan penguburan sebuah anoda paket tunggal di daerah saluran pipa, seperti yang terlihat pada.
Gambar 3.2. Instalasi Paket Anoda Tunggal Paket anoda magnesium 17-lb, 20 lb, atau 32-lb dapat digunakan untuk jenis aplikasi di dalam tanah dengan resistivitas tinggi, sedangkan anoda seng dapat digunakan untuk resistivitas rendah. Untuk umur proteksi yang lebih lama, dibutuhkan berat anoda yang lebih besar. Ketika beberapa anoda magnesium atau seng harus dipasang pada satu lokasi, biasanya pada pipa ter-coating, anoda dapat dihubungkan ke kawat header. Kawat header harus dibawa ke testbox untuk pemantauan dan pengukuran potensial proteksi secara periodik. Hal ini diilustrasikan oleh gambar 3.
Gambar 3.3. Instalasi Paket Anoda Gabungan
Anoda-anoda yang dipasang harus ditempatkan dalam susuan garis lurus untuk ketahanan pemasangan. Posisi anoda dapat tegak lurus terhadap pipa, seperti yang ditunjukkan dalam gambar 3.3,atau sejajar dengan pipa. Jarak penempatan anoda magnesium gabungan minimal harus 15 kaki dari pipa sedangkan untuk seng, jarak ini dapat dikurangi sampai 5 kaki untuk kinerja optimal atau lebih dekat jika terdapat sedikit ruang. Jika area tempat pemasangan anoda sangat terbatas, anoda dapat ditempatkan dalam lubang di samping pipa dengan lubang yang cukup dalam sehingga dapat memberikan jarak yang sesuai antara pipa dan anoda. Hal ini diilustrasikan pada gambar 3.4.
Gambar 3.4. Instalasi Paket Anoda di bawah Pipa Untuk penempatan anoda gabungan dengan jenis instalasi ini diperlukan lubang yang sangat dalam. Kedalaman yang disarankan adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.4. Hal ini dibenarkan oleh fakta bahwa dengan anoda yang lebih dalam ke bumi (dengan resistivitas tanah baik) efek gradien potensial pada pipa dapat menjadi kurang kuat dibandingkan dengan anoda yang lebih dekat ke permukaan bumi dan pada jarak lateral yang sebanding dari pipa. Keuntungan lain dari jenis instalasi ini adalah bahwa anoda yang ditempatkan secara dalam dapat menghasilkan output arus yang merata, terkait dengan kelembaban tanah. Selain itu, instalasi jenis ini dapat melindungi anoda dari kerusakan akibat penggalian permukaan tanah untuk tujuan lain. Tiga ilustrasi sebelumnya membahas mengenai penggunaan anoda paket dimana setiap anoda dan material backfillnya dipasang sebagai satu kesatuan. Baik anoda seng maupun magnesium sebagian tersedia dalam bentuk tanpa backfill. Untuk
pemasangan anoda dan backfill didalam sebuah lubang dapat ditunjukkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Instalasi Anoda dengan Backfill Terpisah Anoda dan backfill yang dipasang secara terpisah lebih sering digunakan untuk instalasi anoda ganda daripada untuk instalasi anoda tunggal. Keuntungan dari jenis instalasi ini adalah bahwa backfill yang dipasang secara terpisah dan dipadatkan di sekitar anoda, benar-benar mengisi semua rongga di lubang anoda. Hal ini meminimalkan kemungkinan backfill menjauh dari anoda dan mengurangi efektivitas jangka panjang dari anoda. Kemungkinan ini lebih besar jika anoda paket digunakan, karena ketika wadah backfill memburuk, backfill akan masuk ke dalam rongga yang tanpa sadar mungkin telah tertinggal di sekitar atau di bawah paket. Pada resistivitas tanah tertentu, anoda korban perlu dipasang secara horizontal untuk kinerja yang efektif. Baik anoda paket maupun anoda terpisah dan backfill dapat diinstal. Ketika menempatkan anoda paket secara horizontal di sebuah parit, haruslah hati-hati ketika melakukan backfilling untuk memastikan bahwa tanah benar-benar mengelilingi anoda paket, sehingga tidak ada ruang kosong. Tanah yang ada kemudian dapat digunakan untuk mengurug backfill pada lubang tersebut (setelah membuat semua koneksi timah anoda dan mengisolasinya). 3.5. Pemilihan Anoda Tumbal Metoda perlindungan katodik ini dapat dikatakan berhasil baik, jika kita tepat dalam memilih anoda yang akan dikorbankan. Secara kasar dapat dikatakan anoda yang dikorbankan harus mempunyai kemudahan oksidasi lebih tinggi dari logam yang akan dilindungi. Jadi berbagai alternative tentang anoda korban jika kita ingin
melindungi bahan yang terbuat dari besi baja adalah logam- logam yang memiliki Potensial reduksi standart yang lebih kecil dari besi baja tersebut. Dengan demikian maka logam yang dipasang dalam anoda akan mengalami oksidasi, dan air yang ada di sekitar logam tersebut yang akan reduksi, yakni ditandai dengan munculnya gelembung –gelembung gas (dari gas hydrogen) dan suasana system yang semakin basa. Reaksi yang terjadi adalah seperti berikut: a. Anoda korban logam Aluminium: Di Anoda:
2 Al (s) 2 Al3+(aq) + 6 OH-
Di sekitar Katoda:
3 H2O(aq) + 6 e
2 Al3+ + 6 e Eo = 1,706 V 2 Al(OH)3 (s) 3 H2(g) + 6 OH- Eo= 0,83 V
__________________________________________________ 2 Al (s) + 6 H2O(aq)
3 H2(g) + 2 Al (OH)3 E1= -0,876 V
Kinerja anoda aluminium sangat dipengaruhi oleh komposisi kimianya. Anoda aluminium tidak digunakan dalam keadaan murni, karena mudah membentuk lapisan pasif. Untuk memperbaiki kinerjanya ditambahkan logam paduan indium. b. Anoda korban logam Seng: Di Anoda:
Zn (s) Zn 2+(aq) + 2 OH-
Di sekitar Katoda:
H2O(aq) + 2 e
Zn2+ + 2 e Eo = 0,76 V Zn (OH)2 (s) H2(g) + 2 OH- Eo= 0,83 V
________________________________________________ Zn (s) + H2O(aq)
H2(g) + Zn (OH)2 E1= 0,07 V
c. Anoda korban logam Magnesium:
Di Anoda:
Mg (s) Mg 2+(aq) + 2 OH-
Di sekitar Katoda:
H2O(aq) + 2 e
Mg2+ + 2 e Eo = 2,375 V Mg (OH)2 (s) H2(g) + 2 OH- Eo= 0,83 V
________________________________________________ Mg (s) + H2O(aq)
H2(g) + Mg (OH)2 E1= 1,545 V
Tabel 3. Perbandingan Tebal Pipa Setelah Diproteksi Anodik Selama 4 Minggu Tebal Pipa Setelah Pengamatan (t) minggu Tebal Pipa Jenis Anoda Mula-mula
KORBAN
1
2
3
4
1,200 mm
Aluminium
1,2000 mm
1,1999 mm
1,1998 mm
1,1997 mm
1,200 mm
Seng
1,2000 mm
1,1998 mm
1,1996 mm
1,1995 mm
1,200 mm
Magnesium
1,2000 mm
1,2000 mm
1,2000 mm
1,1999 mm
Dari data pengamatan yang ada, maka kita dapat menarik suatu benang merah atau trend/ kecenderungan bahwa ternyata pipa besi baja yang diberi anoda korban magnesium akan memiliki harga ketebalan pipa yang terbesar. Hal ini mengandung suatu pengertian bahwa pada anoda korban logam magnesium, kelajuan reaksi oksidasi atau proses perkaratan yang terjadi adalah yang terkecil. Dari data pengamatan ternyata pipa besi baja yang diberi anoda korban magnesium memiliki harga ketebalan pipa yang terbesar. Pada anoda korban logam magnesium, kelajuan reaksi oksidasi atau proses perkaratan yang terjadi adalah yang terkecil. Persamaan- persamaan reaksi tersebut di atas menggambarkan bahwa Potensial Redoks (reduksi oksidasi) yang terjadi adalah negatif. Secara termodinamik, kespontanan suatu reaksi dilambangkan dengan energi bebas Gibs ( Δ G) yang berharga positif. Secara matematik energi bebas Gibs dapat dituliskan : Δ G = - n F E sell Semakin besar energi bebas Gibs semakin spontan reaksi reduksi- oksidasi yang akan terjadi. Jadi pada anoda korban logam magnesium, reaksi redoks paling mudah terjadi. Artinya besi baja yang dilindungi akan lebih utuh/ awet, jika dibandingkan dengan anoda korban pada 2 yang lainnya.
Kesimpulan 1. Perancangan instalasi anoda tumbal dilakukan dengan cara penguburan paket anoda tumbal di sekitar daerah yang akan diproteksi. 2. Jenis anoda tumbal yang digunakan antara lain Mg, Al, dan Seng. Dimana Mg untuk daerah resisvitas tinggi, Al dan Zn banyak di lingkungan air laut dan mempunyai efisiensi tinggi. 3. Pada penggunaan anoda tumbal, logam yang dipasang dalam anoda akan mengalami reaksi oksidasi, dan air yang ada di sekitar logam tersebut yang akan mengalami reduksi yang ditandai dengan munculnya gelembung – gelembung gas (dari gas hydrogen) dan suasana system yang semakin basa. 4. Logam besi yang dilindungi dengan anoda tumbal logam magnesium memberikan kecepatan korosi yang paling lambat karena reaksi redoks lebih mudah terjadi.
TAMBAHAN Mengapa jika potensial elektrokimianya negatif lebih bagus? Deret elektrokimia atau deret Volta adalah urutan logam-logam (ditambah hidrogen) berdasarkan kenaikan potensial elektrode standarnya.Umumnya deret volta yang sering dipakai adalah adalah: Li K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Pt Au Pada Deret Volta, unsur logam dengan potensial elektrode lebih negatif ditempatkan di bagian kiri, sedangkan unsur dengan potensial elektrode yang lebih positif ditempatkan di bagian kanan. Semakin ke kiri kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka
Logam semakin reaktif (semakin mudah melepas elektron)
Logam merupakan reduktor yang semakin kuat (semakin mudah mengalami oksidasi)
Sebaliknya, semakin ke kanan kedudukan suatu logam dalam deret tersebut, maka
Logam semakin kurang reaktif (semakin sulit melepas elektron)
Logam merupakan oksidator yang semakin kuat (semakin mudah mengalami reduksi)
Salah satu metode untuk mencegah korosi antara lain dengan menghubungkan logam (misalnya besi) dengan logam yang letaknya lebih kiri dari logam tersebut dalam deret volta (misalnya magnesium) sehingga logam yang mempunyai potensial elektrode yang lebih negatif lah yang akan mengalami oksidasi. Metode pencegahan karat seperti ini disebut perlindungan katodik. Contoh lain dari perlindungan katodik adalah pipa besi, tiang telepon, dan berbagai barang lain yang dilapisi dengan zink, atau disebut Galvanisasi. Zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Oleh karena potensial reduksi besi lebih positif daripada zink (posisinya dalam deret Volta lebih ke kanan), maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zink yang mengalami oksidasi. Badan mobil-mobil baru pada umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat. Larutan garam suatu logam yang berada di bagian kiri dapat bereaksi dengan logam yang berada di bagian kanan. Contohnya larutan FeCl3 (feri chloride) boleh mengikis Cu (copper / tembaga). Berikut adalah deret elektrokimia lengkap, diukur pada 298,15 K (25 °C):
