PENGENDALIAN KOROSI DENGAN CARA PERLINDUNGAN

KATODIK ANODIK DAN PELAPISAN

A. Prinsip Dasar Sistem Proteksi Katodik

Korosi pada dasarnya merupakan sifat alamiah dari logam untuk

kembali ke bentuk semula. Dengan demikian sebenarnya korosi tidak dapat

dihilangkan sama sekali. Akan tetapi dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan

teknologi, proses korosi dapat dikendalikan sampai pada titik minimum yang

dilakukan berdasarkan proses terjadinya. Salah satu metode pengendalian

korosi untuk system perpipaan adalah proteksi katodik.

Proteksi katodik untuk pertama kalinya diperkenalkan oleh Sir

Humphrey Davy pada tahun 1820-an sebagai sarana control korosi utama

pada alat pengiriman naval di Inggris. Kemudian lebih dikenal dan banyak

dipakai pada tahun 1930-an di Gulf Coast Amerika dalam mengendalikan

korosi pada pipa yang membawa hidrokarbon (gas bumi dan produk minyak)

bertekanan tinggi. Di Indonesia metode ini dipergunakan secara lebih luas

sejak tahun 1970-an.

Pada dasarnya proteksi katodik merupakan control korosi secara

elektrokimia dimana reaksi oksida pada sel galvanis dipusatkan di daerah

anoda dan menekan proses korosi pada daerah katoda dalam sel yang sama.

Dengan demikian, teknologi ini sebenarnya merupakan gabungan yang

terbentuk dari unsur-unsur elektrokimia, listrik dan pengetahuan tentang

bahan. Unsur elektrokimia mencakup dasar-dasar proses terjadinya reaksi

korosi, sedangkan unsur kelistrikan mencakup konsep dasar perilaku obyek

yang diproteksi dan lingkungannya jika arus listrik dialirkan.

Untuk mendapatkan gambaran konsep dasar tentang proses korosi dan

aplikasi proteksi katodik secara teoritis dapat dilihat pada Gambar 1. Pada

gambar 1(a) menunjukan ada dua buah logam besi dan zinc yang terpisah dan

di celupkan ke dalam suatu elektrolit. Kedua logam tersebut akan terkorosi

dan kedua reaksi korosi (oksidasi) diseimbangkan dengan reaksi reduksi yang

sama, dimana pada kedua kasus tersebut terjadi pembebasan gas hydrogen.

1

Kejadian akan berbeda jika kedua logam tersebut dihubungkan satu

sama lain secara elektris seperti terlihat pada Gambar 1(b). disini reaksi

korosi dipusatkan pada elektroda zinc (anode) dan hampir semua reaksi

reduksi dipusatkan pada elektroda besi (katoda). Reaksi anoda zinc pada

rangkaian Gambar 1(b) akan lebih cepat dari pada rangkaian (a). Pada waktu

yang bersamaan, korosi pada besi akan berhenti. Dengan kata lain anoda zinc

telah dikorbankan untuk memproteksi besi.

Pada aplikasi dilapangan , struktur yang dilindungi akan diusahakan

menjadi lebih katoda dibandingkan dengan bahan lain yang dikorbankan

untuk terkorosi. Proses ini dilakukan dengan cara mengalirkan arus searah

dari sumber lain melalui elektrolit ke permukaan pipa dan menghindari

adanya arus yang meninggalkan pipa. Jika jumlah arus yang dialirkan diatur

dengan baik, maka akan mencegah mengalirnya arus korosi yang keluar dari

daerah anoda dipermukaan pipa dan arus akan mengalir dalam pipa pada

daerah tersebut. Sehingga permukaan pipa tersebut akan menjadi bersifat

katodik, dengan demikian maka proteksi menjadi lengkap. Untuk jelasnya,

prinsip kerja proteksi katodik dapat dilihat pada Gambar 2.

2

Pada gambar tersebut tampak bahwa arus mengalir ke pipa pada daerah

dimana sebelumnya sebagai anoda. Driving voltagesystem 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 2 Jenis Sistem Proteksi Katodik

1. Sistem Anoda Korban (Sacrificial Anode)

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

3

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. Disamping itu system ini juga digunakan untuk keperluan dan

kondisi yang lebih spesifik seperti:

a. Untuk memproteksi struktur dimana sumber listrik tidak tersedia.

b. Memproteksi struktur yang kebutuhan arusnya relative kecil, yang jika

ditinjau dari segi ekonomi akan lebih menguntungkan dibandingkan

dengan system atus tanding.

c. Memproteksi pada daerah hot spot yang tidak dicoating, misalnya

pada daerah dimana ada indikasi aktifitas korosi yang cukup tinggi.

d. Untuk mensuplemen system arus tanding, jika dipandang arus proteksi

yang ada kurang memadai. Ini biasanya terjadi pada daerah yang

resistivitas tanahnya rendah seperti daerah rawa.

e. Untuk mengurangi efek interferensi yang disebabkan oleh system arus

tanding atau sumber arus searah lainnya.

f. Untuk memproteksi pipa yang dicoating dengan baik, sehingga

kebutuhan arus proteksi relative kecil.

g. Untuk memperoteksi sementara selama kontruksi pipa hingga system

arus tanding terpasang.

h. Untuk memperoteksi pipa bawah laut, yang biasanya menggunakan

bracelet anode dengan cara ditempelkan pada pipa yang dicoating.

4

Gambar 3. Sistem Proteksi Katodik Sistem Anoda Korban

Ada beberapa keuntungan yang diperolah jika menggunakan

system anoda korban diantaranya:

a. Tidak memerlukan arus tambahan dari luar, karena arus proteksi

berasal dari anodanya itu sendiri.

b. Pemasangan dilapangan relative lebih sederhana

c. Perawatannya mudah

d. Ditinjau dari segi biaya, system ini lebih murah dibanding system

arus tanding.

e. Kemungkinan menimbulkan efek interferensi kecil.

f. 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:

a. 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. Karena

kondisi yang demikian itu, system ini akan menjadi kurang ekonomis

jika dipakai unguk keperluan memproteksi struktur yang relatif besar.

b. Kemempuan untuk mengontrol variable efek arus sesat terhadap

struktur yang diproteksi relative kecil.

5

2. Sistem Arus Tanding (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

6

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.

Gambar 4. Gambar Proteksi Katodik Sistem Arus Tanding

B. PELAPISAN (COATING)

Metode pelindungan logam terhadap serangan korosi adalah dengan

pelapisan. Prinsip umum dari pelapisan yaitu melapiskan logam induk dengan

suatu bahan atau material pelindung. Jenis-jenis pelapisan sebagai pelindung

proses korosi dapat dibagi secara umum tiga bagian yaitu pelapisan organik,

non organik dan logam.

1. Pelapisan logam dan non organik

Pelapisan dengan ketebalan tertentu material logam dan non organik

dapat memberikan pembatas antara logam dan lingkungannya.

a. Electroplating (Penyepuhan listrik)

Elektroplating atau lapis listrik adalah suatu proses

pengendapan/deposisi suatu logam pelindung yang dikehendaki

diatas logam lain dengan cara elektrolisa. Biasanya elektrolisa

7

dilakukan dalam suatu bejana yang disebut sel elektrolisa yang berisi

larutan elektrolit/rendaman (bath). Pada rendaman ini tercelup paling

tidak dua elektroda. Masing-masing elektroda dihubungkan dengan

arus listrik, terbagi menjadi kutub positif dan negatif dikenal dengan

kutub katoda dan anoda.

Selama proses lapis listrik berlangsung terjadi reaksi kimia

pada daerah elektroda/elektrolit; baik reaksi reduksi maupun

oksidasi. Karena ada proses lapis listrik reaksi diharapkan berjalan

terus menerus arah tertentu secara tetap, maka hal yang paling

penting dalam proses ini adalah mengoperasikan proses ini dengan

aru searah. Komponen-komponen yang berperan penting dalam

suatu proses lapis listrik adalah larutan elektrolit (sumber pelapis),

anoda, katoda (bahan uji), dan sirkuit luar.

Mengalirnya arus searah melalui suatu larutan berkaitan

dengan gerak partikel bermuatan (ion). Ujung-ujung keluar

masuknya arus dari/ke larutan disebut elektroda. Seperti diketahui,

pada bagian anoda reaksi yang terjadi adalah reaksi oksidasi

sedangkan pada katoda reaksinya adalah reaksi reduksi. Pergerakan

dari ion-ion larutan yang ada menyebabkan terjadinya kedua macam

reaksi pada sistem elektrolisa tersebut. Ion yang bergerak migrasi ke

anoda disebut anion, sedangkan yang bergerak ke katoda disebut

kation.

Jika arus listrik dialirkan ke dalam larutan elektrolit (larutan

pelapis) akan terjadi aliran ion-ion dalam larutan. Ion positif

bermigrasi ke arah elektroda negatif (katoda) dan ion negatif

bermigrasi ke arah elektroda positif (anoda), bersamaan dengan ini

terjadi proses pemindahan muatan pada kedua elektroda. Migrasi

dari ionion tersebut menimbulkan reaksi reduksi (katoda/benda

kerja) dan reaksi oksidasi (anoda).

Elektroplating adalah suatu proses pelapisan dimana terjadi

pengendapan suatu lapisan logam tipis pada permukaan yang dilapisi

8

dengan menggunakan arus listrik. Biasanya proses elektroplating

dilakukan dalam suatu bejana atau cawan yang terdiri dari elektroda

yang dihubungkan dengan arus listrik searah (DC) dimana rangkaian

ini disebut sel elektrolisa. Pada bejana atau cawan ini, paling tidak

terdapat elektroda, dimana masing-masing elektroda dihubungkan

dengan arus listrik yang terbagi menjadi kutub positif (anoda) dan

kutub negative (katoda) seperti gambar berikut.

Gambar 5. Rangkaian Dasar Elektrik untuk Elektroplating

b. Pencelupan Panas (hot dipping)

Dalam metode ini, struktur dicelupkan ke dalam bak berisi

lelehan logam pelapis. Antara logam pelapis dan logam yang

dilindungi terbentuk ikatan metalurgi yang baik karena terjadinya

proses perpaduan antar muka (interface alloying). Pengaturan tebal

pelapisan dalam proses pencelupan ini sulit, lapisan cenderung tidak

merata. Meskipun demikian, seluruh permukaan yang terkena

lelehan logam itu akan terlapisi.

9

c. Pelapisan dengan Penyemprotan

Logam pelapis berbentuk kawat diumpamakan pada bagian

depan penyembur api, dan begitu meleleh segera dihembus dengan

tekanan tinggi menjadi butir-butir yang halus. Butir-butir halus yang

terlempar dengan kecepatan 100 hingga 150 meter per detik itu

menjadi pipih ketika membentur permukaan logam dan melekat.

Sampai ketebalan tertentu, lapisan dengan cara ini lebih berpori

dibanding pencelupan dan penyalutan listrik.

d. Cladding

Lapisan dari logam tahan korosi dilapiskan ke logam lain

yang tidak mempunyai ketahan korosi terhadap lingkungan kerja

yang kurang baik namun dari segi sifat mekanik, fisik dsb baik.

e. Diffusion (pelapisan difusi)

Teknik mendifusikan logam pelapis atau pelapis bukan logam

ke dalam lapisan permukanan logam yang dilindungi dengan

membentuk selapis logam paduan pada komponen

2. Pelapisan Organik

Pelapisan ini memberikan batasan-batasan antara material

dasar dan lingkungan. Pelapisan organik antara lain cat, vernis,

enamel dan selaput organik dan sebagainya.

10